DE19904728A1 - Elektromotor mit einem Kommutator - Google Patents
Elektromotor mit einem KommutatorInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Kommutator und darauf federnd aufdrückenden, um eine Schwenkachse schwenkbare Hebelbürsten, wobei eine senkrecht zur Schwenkachse verlaufende Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt einer Bürstenkontaktfläche und der Schwenkachse tangential an der Kommutator-Außenfläche anliegt. Eine derartige Bürstenanordnung soll verkleinert werden. Hierzu weist jede Hebelbürste eine koaxial zur Schwenkachse drehbar angeordnete Lagerbuchse und einen aus einem leitfähigen Material gebildeten und mit der Lagerbuchse fest verbundenen Formkörper auf. Der Formkörper bildet die Bürstenkontaktfläche und weist eine mit der Bürstenkontaktfläche in direktem elektrischen Kontakt stehende Anschlußstelle zum elektrischen Verbinden der Hebelbürste auf. Die Lagerbuchse ist aus einem stabileren Werkstoff hergestellt als der Formkörper.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Kommutator und darauf
federnd aufdrückenden, um eine Schwenkachse schwenkbare Hebelbürsten, wobei ei
ne senkrecht zur Schwenkachse zwischen dem Mittelpunkt einer Bürstenkontaktfläche
und der Schwenkachse verlaufenden Verbindungslinie tangential an der Kollektor-
Außenfläche anliegt.
Bei derartig gestalteten Elektromotoren handelt es sich meist um Kleinmotoren für die
unterschiedlichsten Anwendungsfälle. Eine gattungsgemäße Bürstenanordnung eines
Elektromotors ist in dem deutschen Gebrauchsmuster 296 05 114 beschrieben. Bei die
ser Anordnung drücken zwei gegenüberliegende Hebelbürsten mit ihrem Bürstenkon
taktbereich auf den Kommutator. Die Hebelbürsten werden von einem gepreßten Form
körper aus Graphit mit leitenden Zusätzen gebildet. Gegenüberliegend dem Kontaktflä
chenende der Hebelbürsten ist ein Lagerauge ausgeformt, das auf einen Achszapfen
am Bürstendeckel aufgesteckt ist, so daß jede Hebelbürste um eine Schwenkachse
schwenkbar gehalten ist. Eine gedachte Verbindungslinie zwischen dem Berührungs
punkt der Bürstenkontaktfläche und der Schwenkachse der Hebelbürste liegt tangential
an der Kommutator-Außenfläche an. Der Grund liegt darin, daß eine derartige Bürsten
anordnung für beide Drehrichtungen geeignet ist. Insbesondere soll der Verschleiß der
Hebelbürste unabhängig von der Drehrichtung gleichmäßig sein. In die Hebelbürste
beim Herstellungs- bzw. Preßvorgang eingeformt ist eine Anschlußlitze, die mit entspre
chenden Anschlußkontakten in Verbindung steht. Das Aufdrücken der Hebelbürsten auf
den Kommutator erfolgt mittels Rollfedern, die auf den Rücken der Hebelbürsten auf
drücken. Eine solche Konstruktion hat sich zwar bewährt, jedoch bestehen Bestrebun
gen, die Anordnung weiter zu verkleinern und die Miniaturisierung voranzutreiben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor der eingangs ge
nannten Art, insbesondere bezüglich seiner Bürstenanordnung, hinsichtlich des erfor
derlichen Platzbedarfes zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Hebelbürste eine
koaxial zur Schwenkachse drehbar angeordnete Lagerbuchse aufweist und einen aus
einem leitfähigen Material gebildeten und mit der Lagerbuchse fest verbundenen Form
körper aufweist, der die Bürstenkontaktfläche bildet und eine mit der Bürstenkontaktflä
che in direktem elektrischen Kontakt stehende Anschlußstelle zum elektrischen Verbin
den der Hebelbürste umfaßt, und daß die Lagerbuchse aus einem stabileren Werkstoff
besteht als der Formkörper.
Die Erfindung bietet demnach den Vorteil, daß weiterhin die Drehrichtungsunabhängig
keit beibehalten wird, daß die Anschlußstelle unmittelbar mit der Bürstenkontaktfläche in
elektrischer Verbindung steht und daß eine Lagerbuchse aus stabilerem Material ver
wendet wird. Unter stabilerem Werkstoff wird jeglicher Werkstoff verstanden, der bezüg
lich seiner Lagereigenschaften besser, bzw. haltbarer ist, als der Werkstoff des Form
körpers. Das bedeutet, daß die Wandstärke, mit der die Lagerbuchse ausgeführt ist be
deutend geringer ausfallen kann, als die früher verwendete Wandstärke des gepreßten
Formkörpers im Bereich des Lagerauges. Hierdurch läßt sich die Schwenkachse der
Lagerstelle näher an dem Kommutator anordnen und der Hebelarm reduzieren. Durch
die Verwendung einer Lagerbuchse aus geeignetem, stabilem Material, läßt sich auch
der Verschleiß der Lagerstelle erheblich reduzieren. Hierdurch ist es möglich, den Ab
schnitt des Formkörpers, der die Bürstenkontaktfläche bildet, so auszugestalten, daß ei
ne möglichst große Verschleißlänge vorliegt und die Hebelbürsten sehr lange im Einsatz
sein können. Die Lagerbuchse läßt sich in geeigneter Weise während des Herstellungs
vorgangs mit dem Formkörper oder durch nachträgliches Einpressen bzw. Verkleben
verbinden.
Zwar gibt es bereits Konstruktionen, bei denen einfache Graphit-Stifte von einem aus
Blech gebogenem Hebelarm gehalten werden. Jedoch weisen diese den Nachteil auf,
daß die Anschlußstelle an dem Blechteil angeordnet ist. Hierdurch muß eine besondere
Sorgfalt bei der Herstellung der Verbindung von dem Hebelarm und dem Graphit-Stift
aufgewendet werden, damit ein ausreichend guter elektrischer Übergang gewährleistet
ist. Dies ist allerdings mit einem die ganze Konstruktion verteuernden Aufwand verbun
den. Bei der vorliegenden Erfindung wird trotz Verwendung einer stabilen Lagerhülse
die Anschlußstelle weiter am Formkörper und somit in direkter elektrischer Verbindung
mit der Bürstenkontaktfläche gehalten. Teure Lötstellen und ähnliches sind nicht not
wendig. Aufgrund der meist hohlzylindrischen Form der Lagerbuchse läßt diese sich
während des Herstellungsvorgangs des Formkörpers zumindest teilweise in diesen ein
betten. Die Lagerbuchse wird möglichst über einen Umfangwinkel von <180° in den
Formkörper eingebettet, so daß eine sichere Verankerung gegeben ist.
Günstigerweise kann die Hebelbürste einen um die Schwenkachse schwenkbaren Steg
aufweisen, an dessen Stirnfläche die Bürstenkontaktfläche gebildet ist. Die Höhe des
Steges bestimmt dann im wesentlichen die Verschleißlänge der Hebelbürste, da diese in
aller Regel solange im Einsatz bleiben kann, bis der Steg nahezu abgetragen ist.
Die Hebelbürste kann eine an die Lagerbuchse angrenzende Anschlußnase umfassen,
die sich quer zur Verbindungslinie erstreckt und an der die Anschlußstelle angeordnet
ist. Da der Formkörper beliebig ausformbar ist, läßt sich sehr leicht eine derartige An
schlußnase anbringen. Da diese quer zur Verbindungslinie angeordnet ist, ist diese
auch an die Krümmung der Kommutatoroberfläche anpaßbar, so daß auch für den An
schluß Platz eingespart werden kann. Das bedeutet, daß die Anschlußnase z. B. auf der
der Bürstenkontaktfläche gegenüberliegenden Seite der Schwenkachse, in Richtung auf
den Kommutator zu, abknickt.
Bevorzugt kann die Anschlußstelle von einer fest im Formkörper verankerten Litze ge
bildet sein. Insbesondere eine aus dünnen Kupferdrähten geflochtene Litze läßt sich
sehr gut mit ausreichender Stabilität in den Formkörper einbetten. Des weiteren ist sie
ausreichend flexibel und gewährleistet eine gute Kontaktierung z. B. an Kontaktfahnen
der Motoranschlüsse.
Um ein die Andrückkraft auf die Hebelbürste aufbringendes Federelement sicher
an der Hebelbürste zu befestigen, kann in dem Formkörper eine Hinterschneidung ein
geformt sein, in die das eine Ende des Federelementes eingreift. Durch das direkte Ein
greifen an dem Formkörper müssen keine zusätzlichen Bauelemente zur Verankerung
der Feder vorgesehen werden, die die Anordnung verteuern würden.
Vorteilhafterweise kann die Hebelbürste einen kreisbogenförmigen Rücken aufweisen,
der konzentrisch zur Schwenkachse angeordnet ist und der in die Hinterschneidung
übergeht, und daß eine Rollbandfeder bereichsweise an dem Rücken entlanggeführt ist,
die mit ihrem entrollten Ende in die Hinterschneidung eingreift und mit ihrem aufgerollten
Ende in einer Tasche eines Gehäuseabschnitts angeordnet ist. Zwar können auch an
dere Federelemente, z. B. Drehfedern, verwendet werden, jedoch hat sich die Rollband
feder, insbesondere wegen des sich aufgrund des Bürstenverschleißes ändernden Fe
derweges, als sehr gut geeignet herausgestellt. Insbesondere im Neuzustand der He
belbürste liegt der entrollte Endabschnitt der Rollbandfeder weitgehend flächig an dem
Rücken der Hebelbürste an und nimmt somit kaum mehr Platz in der ausgefahrenen als
später in der eingefahrenen Stellung ein. Durch die Führung des Rollbandes entlang
des Rückens der Hebelbürste läßt sich auch das aufgerollte Ende der Rollbandfeder
äußerst platzsparend und sehr nahe an dem Kommutator anordnen, was zu einer weite
ren Reduzierung der Größe führt.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht einer Bürstenanordnung eines Elektromotors, wobei die
linke Bürste im Neuzustand und die rechte Bürste in einem abgenutzten
Zustand dargestellt sind,
Fig. 2 eine Vorderansicht einer Hebelbürste,
Fig. 3 die Hebelbürste aus Fig. 2 entlang der Linie III-III geschnitten,
Fig. 4 die Hebelbürste aus Fig. 2 in einer perspektivischen Vorderansicht und
Fig. 5 die Hebelbürste aus Fig. 4 in einer perspektivischen Rückansicht.
In Fig. 1 ist ein an die Außenkontur des Elektromotors angepaßter Bürstendeckel 1 dar
gestellt, der Ausformungen 2 und 3 aufweist, in denen die im folgenden noch näher be
schriebene Bürstenanordnung vorgesehen ist. Zentrisch im Bürstendeckel 1 dreht sich
die Kollektorwelle 4 eines Kommutators mit darauf angeordneten und voneinander iso
lierten Lamellen 5. Die Lamellen 5 sind an ihrem Außenumfang so ausgeformt, daß sie
eine jeweils zwischen den Lamellen 5 unterbrochene Zylinderoberfläche formen.
Auf die Lamellen 5 drücken diametral zur Achse A zwei Hebelbürsten 6 und 7, die je
weils über eine Rollbandfeder 8 bzw. 9 federnd auf die Lamellen 5 aufgedrückt werden.
Die Rollbandfedern sind mit ihren aufgerollten Enden 10 und 11 jeweils in einer Tasche
12 bzw. 13 der Ausformung 2 und 3 angeordnet. Die Taschen 12 und 13 umschließen
die zugehörigen Rollbandfedern 8 und 9 derart, daß sie nur parallel zur Achse A in die
se einsetzbar sind.
Durch den Bürstendeckel 1 erstrecken sich diametral gegenüberliegend Anschlußfah
nen 14 und 15, die zusammen mit Litzen 16 und 17 für einen Anschluß der Hebelbür
sten 6 und 7 sorgen. Die Litzen 16 und 17 bestehen bevorzugt aus dünnem, geflochte
nem Kupferdraht und sind mit den Anschlußfahnen 14 und 15 verschweißt. Sie weisen
eine Länge auf, die ausreichend ist, um die Hebelbürste 6 oder 7 auch in ihrem ver
schlissenen Zustand noch ausreichend elektrisch zu verbinden.
Die Hebelbürsten 6 und 7 sind jeweils um einen Achsbolzen 18 bzw. 19 und somit um
eine Schwenkachse B schwenkbar gelagert. Die Achsbolzen 18 und 19 weisen eine zy
lindermantelförmige Lagerfläche auf.
Unter Zuhilfenahme der Fig. 2 bis 5 wird nunmehr der Aufbau bzw. die Form der Hebel
bürsten 6 und 7 näher erläutert. Die Hebelbürsten 6 und 7 bestehen im wesentlichen
aus einer hohlzylindrischen Lagerbuchse 20, einem mit dieser fest verbundenen Form
körper 21 und einer in den Formkörper eingebetteten Litze 16, 17. Der Formkörper 21
besteht aus gepreßtem Graphitpulver, in dem Kupfer- und/oder Silberanteile eingelagert
sind. Die Verbindung zwischen der aus einem festeren Werkstoff bestehenden Lager
buchse 20 und dem Formkörper 21 kann während des Herstellvorgangs des Formkör
pers 21 oder nachträglich, z. B. durch Verkleben, erfolgen. Insbesondere anhand der
Fig. 2 ist sehr gut zu erkennen, daß der Formkörper 21 die Lagerbuchse 20 um mehr
als 180° umschließt, so daß eine gute Verankerung der Lagerbuchse 20 erfolgt ist. Ob
wohl eine derartige teilweise Einbettung der Lagerbuchse 20 vollkommen ausreichend
ist, kann sie auch vollständig in diese eingebettet werden.
Die Hebelbürsten 6, 7 weisen einen zylindermantelförmigen Rücken 22 auf, der sich
über einen Winkelbereich von ca. 180° im Neuzustand der Hebelbürsten 6 und 7 er
streckt. Ungefähr über einen Winkel von 90° erstreckt sich ein bogenförmiger Steg 23
von im wesentlichen gleichbleibender Dicke, dessen Stirnfläche 24 gleichzeitig die
Kontaktfläche der Hebelbürste 6, 7 bildet. Der Steg 23 wird demnach von einem Teil des
Rückens 22 und einer ebenfalls zylindermantelförmig gekrümmten Innenfläche 25 seit
lich begrenzt. Hierdurch entsteht zwischen dem Steg 23 und der Lagerbuchse 20 eine
Aussparung 26. Die Bogenlänge des Steges 23 gibt vor, um welchen Betrag die Hebel
bürste 6, 7 verschleißen darf. Deshalb läßt sich der Steg 23 auch konzentrisch um die
Achse B schwenken. Auf der gegenüberliegenden Seite weist der Formkörper 21 eine
erste Nase 27 auf, die in eine V-förmige Hinterschneidung 28 übergeht. Betrachtet man
die Fig. 1, so ist zu erkennen, daß das abgerollte Ende 29, 30 der Rollbandfeder 8, 9 mit
einer hakenartigen Anformung 31, 32 die Nase 27 umgreift und in der Hinterschneidung
28 verankert ist. Bei der linken, noch nicht verschlissenen Rollbandfeder 8 ist sehr gut
zu erkennen, wie diese an dem Rücken 22 der Hebelbürste 6 über einen Winkelbereich
von mindestens 90° anliegt.
Angrenzend an die Aussparung 28 ist am Formkörper 21 eine zweite Nase 33 vorgese
hen. Die Nase 33 dient zur Ausgestaltung der Anschlußstelle. In ihr ist die Litze 16 bzw.
17 eingebettet. Damit die Litze 16, 17 keinen zusätzlichen seitlichen Einbauraum erfor
dert, weist die zweite Nase 33 einen Stufenabsatz 34 auf, so daß die Litze 16, 17 platz
sparend umgebogen werden kann. Durch das Einbetten der Litzen 16 bzw. 17 in der
zweiten Nase 33 stehen diese durch den Formkörper 21 in direktem elektrischen Kon
takt mit der Kontaktfläche 24. Die zweite Nase 33 ist nach unten abgewinkelt, so daß sie
zur Bürstenkontaktfläche 24 im Neuzustand der Hebelbürsten 6, 7 einen Winkel von
ungefähr 125° einnimmt. Hierdurch läßt sich die Anschlußstelle näher an der Anschluß
fahne 15 anordnen, wodurch störende Einflüsse der Lüze 16/17 auf die Beweglichkeit
der Bürste reduziert und Vorteile bei der Montage geschaffen werden.
In der Fig. 1 ist ebenfalls zu erkennen, daß eine gedachte Verbindungslinie C sich in der
Berührstelle der Kontaktfläche 24 mit den Lamellen 5 und der Schwenkachse B tangen
tial an dem Außenumfang der Lamellen 5 (d. h. senkrecht zum zugeordneten Radius
läuft) anliegt. Hierdurch wird eine Unabhängigkeit der Drehrichtung erreicht, da für die
Bürsten keine Vorzugsrichtung gegeben ist. Da sich die Kontaktfläche 24 sehr bald an
den Außenumfang der Lamellen 5 anpaßt, wird für diese Betrachtung ein Berührmittel
punkt der Kontaktfläche 24 mit den Lamellen 5 angenommen. Dieser liegt aufgrund der
Drehrichtungsunabhängigkeit in der Mitte der Kontaktfläche 24.
Im folgenden wird die Funktionsweise der Erfindung näher erläutert.
Aufgrund der Federwirkung der Rollbandfedern 8 bzw. 9 und deren Bestreben sich auf
zurollen, werden die Hebelbürsten 6, 7 mit ihren Kontaktflächen 24 auf die Lamellen 5
mit einer vorbestimmten Kraft aufgedrückt. Die Hebelbürsten 6, 7 sind mit ihren Lager
buchsen 20 auf den Achsbolzen 18 bzw. 19 schwenkbar angeordnet. Aufgrund des
stabilen, z. B. metallischen, Werkstoffes weisen die Lagerbuchsen 20 eine hohe Stabili
tät für diesen Anwendungszweck auf. Darüber hinaus können sie relativ nah an der
Kollektorwelle 4 mit den Lamellen 5 angeordnet werden. Im Laufe der Zeit schleift sich
die Kontaktfläche 24 paßgenau an die Lamellen 5 an und der Steg 23 nutzt sich im
Laufe des Gebrauchs durch die Rotation der Kollektorwelle 4 des Elektromotors ab. Da
bei wird aufgrund der geschickten Anordnung der Rollbandfeder 8 bzw. 9 ständig eine
Federkraft auf die Hebelbürsten 6 und 7 aufgebracht.
Aufgrund der Ausgestaltung der Hebelbürsten 6 und 7 läßt sich ein relativ langer Steg
23 ausformen, so daß sich bei verkleinerter Bauweise der Hebelbürsten 6, 7 trotzdem
eine höhere Standzeit erzielen läßt. Der Abstand von der Kontaktfläche 24 zur
Schwenkachse B läßt sich bei dieser Ausgestaltung verringern.
Claims (6)
1. Elektromotor mit einem Kommutator und darauf federnd aufdrückenden, um eine
Schwenkachse (B) schwenkbare Hebelbürsten (6, 7), wobei eine senkrecht zur
Schwenkachse (B) verlaufende Verbindungslinien (C) zwischen dem Mittelpunkt
einer Bürstenkontaktfläche (24) und der Schwenkachse (B) tangential an der
Kommutator-Außenfläche anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hebel
bürste (6, 7) eine koaxial zur Schwenkachse (B) drehbar angeordnete Lager
buchse (20) aufweist und einen aus einem leitfähigen Material gebildeten und mit
der Lagerbuchse (20) fest verbundenen Formkörper (21) aufweist, der die Bür
stenkontaktflächen (21) bildet und eine mit der Bürstenkontaktfläche (24) in direk
tem elektrischen Kontakt stehende Anschlußstelle (33) zum elektrischen Verbin
den der Hebelbürste (6, 7) umfaßt, und daß die Lagerbuchse (20) aus einem
stabilerem Werkstoff besteht als der Formkörper (21).
2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebelbürste
(6, 7) einen um die Schwenkachse (B) schwenkbaren Steg (23) aufweist, an des
sen Stirnfläche (24) die Bürstenkontaktfläche gebildet ist.
3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die He
belbürste (6, 7) eine an die Lagerbuchse (20) angrenzende Anschlußnase (33)
umfaßt, die sich quer zur Verbindungslinie (C) erstreckt und an der die An
schlußstelle angeordnet ist.
4. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Anschlußstelle von einer fest im Formkörper (21) verankerten Litze (16, 17)
gebildet ist.
5. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
in den Formkörper (21) eine Hinterschneidung (28) eingeformt ist, in die das eine
Ende (31, 32) eines Federelementes (8, 9) eingreift.
6. Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebelbürste
(6, 7) einen kreisbogenförmigen Rücken (22) aufweist, der konzentrisch zur
Schwenkachse (B) angeordnet ist und der in die Hinterschneidung (28) übergeht,
und daß eine Rollbandfeder (8, 9) bereichsweise an dem Rücken (22) entlangge
führt ist, die mit ihrem entrollten Ende (29, 31; 30, 32) in die Hinterschneidung
(28) eingreift und mit ihrem aufgerollten Ende (10, 11) in einer Tasche (12, 13)
eines Gehäuseabschnitts angeordnet ist.
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