DE202013009445U1

DE202013009445U1 - Brush system for an electric motor and electric motor with brush system

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Publication number: DE202013009445U1
Application number: DE202013009445.1U
Authority: DE
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2015-01-08
Anticipated expiration: 2023-10-25
Also published as: DE102014006931A1; DE102014006931B4

Abstract

Bürstensystem (1) für einen Elektromotor, mit einer in einem Köcher (4) geführt Bürste (3) und mit einer Federanordnung (5) zum Erzeugen einer Anpresskraft zwischen der Bürste (3) und einem Kommutator (2) des Elektromotors, wobei die Federanordnung (5) ein Primärfederelement (9) und ein dazu in Reihe geschaltetes Sekundärfederelement (10) umfasst, das zwischen der Bürste (3) und dem Primärfederelement (9) angeordnet ist, und das in Bezug auf eine Längenänderung entlang der Bürstenandruckrichtung mit einer gegenüber dem, insbesondere hysteresebehafteten, Primärfederelement (9) geringeren Trägheit ausgestaltet ist.Brush system (1) for an electric motor, with a brush (3) guided in a quiver (4) and with a spring arrangement (5) for generating a contact force between the brush (3) and a commutator (2) of the electric motor, wherein the spring arrangement (5) comprises a primary spring element (9) and a secondary spring element (10) connected in series therewith, which is arranged between the brush (3) and the primary spring element (9), with respect to a change in length along the Bürstenandruckrichtung with respect to the , In particular hysteresis, primary spring element (9) lower inertia is designed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bürstensystem für einen Elektromotor, der federbelastete Bürsten zur Anlage an einem Kommutator aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Elektromotor mit einem solchen Bürstensystem.The invention relates to a brush system for an electric motor having spring-loaded brushes for engagement with a commutator. The invention further relates to an electric motor with such a brush system.

Im Unterschied zu einem bürstenlosen Gleichstrommotor als elektrischer Maschine bestreichen bei einem mit einem wellenfesten Kommutator versehenen Gleichstrommotor mindestens zwei Bürsten eine Anzahl von Kommutatorlamellen, die den elektrischen Strom auf die Wicklungen des sich drehenden Rotors übertragen. Durch die Lamellen wird von Wicklung zu Wicklung eine Stromwendung erzeugt, die gegenüber (feststehenden) Magnetpolen des Stators ein Drehmoment auf die Rotorwelle erzeugt.Unlike a DC brushless motor as an electric machine, in a DC motor provided with a shaft-mounted commutator, at least two brushes brush a number of commutator blades which transmit the electrical current to the windings of the rotating rotor. The lamellae generate a current turn from winding to winding, which generates torque against the (stationary) magnetic poles of the stator on the rotor shaft.

Bei den Bürsten handelt es sich herkömmlicherweise um quaderartige, aus Kohlepulver – gegebenenfalls zusammen mit Metallpartikeln – gepresste Stäbe. Aufgrund des Schleifkontakts mit den Kommutatorlamellen unterliegen die Bürsten im Betrieb des Elektromotors einem Abrieb. Um trotz des Abriebs den Kontakt zwischen Bürste und Kommutator aufrecht zu halten, sind die Bürsten in der Regel in einem sogenannten Köcher mittels Federelementen (mechanischen Federn) unter Wirkung deren Federkraft gelagert, so dass eine automatische Nachstellung der Bürsten erfolgt. Die Köcher sind häufig auf einem beispielsweise als Bürstenplatte ausgeführten Träger angeordnet, der zusammen mit den Bürsten und den erforderlichen elektrischen Kontaktmitteln sowie gegebenenfalls vorhandenen Entstörelementen (Spulen, Drosseln, Kondensatoren) ein sogenanntes Bürstensystem bildet.The brushes are conventionally cuboidal, of carbon powder - optionally together with metal particles - pressed rods. Due to the sliding contact with the commutator, the brushes are subject to abrasion during operation of the electric motor. In order to maintain the contact between brush and commutator despite the abrasion, the brushes are usually stored in a so-called quiver by means of spring elements (mechanical springs) under the action of their spring force, so that an automatic adjustment of the brushes takes place. The quivers are often arranged on a carrier designed, for example, as a brush plate, which forms a so-called brush system together with the brushes and the required electrical contact means as well as possibly existing interference suppression elements (coils, chokes, capacitors).

Im Betrieb des Elektromotors kann es aufgrund von Fertigungstoleranzen zu Unwuchten oder zu Unrundheit des Kommutators kommen, wodurch die Bürsten bei rotierendem Kommutator kurzzeitig von diesem abheben können. Hierbei kommt es häufig zu sogenanntem Bürstenfeuer, einem Funkenüberschlag zwischen der Bürste und dem Kommutator, der zu einer verstärkten Abnutzung der Bürste führt. Schlimmstenfalls kann zudem das aus Bürste und Feder gebildete System bis zur Eigenfrequenz in Schwingung versetzt werden, wodurch das Bürstenfeuer und der Abrieb verstärkt werden. Dies kann zu einem frühzeitigen Ausfall der Bürste und somit des gesamten Elektromotors führen.During operation of the electric motor, imbalances or out-of-roundness of the commutator can occur due to manufacturing tolerances, as a result of which the brushes can temporarily lift off from the latter when the commutator rotates. This often leads to so-called brush fire, a sparkover between the brush and the commutator, which leads to increased wear of the brush. In the worst case, the system formed by brush and spring can be vibrated up to the natural frequency, whereby the brush fire and abrasion are amplified. This can lead to premature failure of the brush and thus of the entire electric motor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bürstensystem eines oder für einen Elektromotor(s) mit erhöhter Lebensdauer anzugeben. Des Weiteren soll ein Elektromotor mit einem solchen Bürstensystem angegeben werden.The invention has for its object to provide a brush system or for an electric motor (s) with increased life. Furthermore, an electric motor should be specified with such a brush system.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich eines Bürstensystems erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich eines Elektromotors wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 10. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.With regard to a brushing system, this object is achieved according to the invention by the features of claim 1. With regard to an electric motor, the object is achieved by the features of claim. Advantageous and in part inventive embodiments and further developments of the invention are set forth in the subclaims and the description below ,

Das erfindungsgemäße Bürstensystem für einen Elektromotor umfasst mindestens eine Bürste zur Anlage an einem Kommutator des Elektromotors und mindestens einen Köcher, in dem die Bürste geführt ist. Weiterhin umfasst das Bürstensystem mindestens eine Federanordnung zum Erzeugen einer Anpresskraft zwischen der Bürste und dem Kommutator. Die Federanordnung weist hierbei ein Primärfederelement sowie ein dazu in Reihe geschaltetes, zwischen der Bürste und dem Primärfederelement angeordnetes Sekundärfederelement auf. Das Sekundärfederelement ist hierbei in Bezug auf eine Längenänderung entlang der Bürstenandruckrichtung mit einer gegenüber dem Primärfederelement geringeren Trägheit ausgestaltet.The brush system according to the invention for an electric motor comprises at least one brush for engagement with a commutator of the electric motor and at least one quiver in which the brush is guided. Furthermore, the brush system comprises at least one spring arrangement for generating a contact force between the brush and the commutator. The spring arrangement in this case has a primary spring element and a thereto connected in series, arranged between the brush and the primary spring element secondary spring element. The secondary spring element is in this case designed with respect to a change in length along the Bürstenandruckrichtung with respect to the primary spring element lower inertia.

Das Primärfederelement ist vorzugsweise dazu eingerichtet und vorgesehen, einen betriebsbedingten Abrieb der Bürste, d. h. eine durch Reibverschleiß bedingte Verkürzung der Bürste auszugleichen. Mit anderen Worten führt das Primärfederelement die Bürste in Bürstenandruckrichtung nach. Die Abriebrate der Bürste ist dabei im Vergleich zur Rotationsgeschwindigkeit des Kommutators langsam. Um die Bürste über deren Lebensdauer der Verkürzung nachführen zu können, weist das Primärfederelement vorzugeweise einen der Länge der Bürste entsprechenden Federweg auf.The primary spring element is preferably arranged and provided for an operational abrasion of the brush, d. H. compensate for a shortening caused by friction wear of the brush. In other words, the primary spring element replaces the brush in the direction of brush pressure. The Abriebrate the brush is slow compared to the rotational speed of the commutator. In order to track the brush over the life of the shortening, the primary spring element vorzugeweise on the length of the brush corresponding spring travel.

Das Sekundärfederelement ist vorzugsweise dazu eingerichtet und vorgesehen, bei senkrecht zur Rotationsachse gerichteten Bewegungen (im Folgenden: Querbewegungen oder Schwingungen) des Kommutators, die durch fertigungsbedingte Unwuchten, Unrundheiten oder Lamellensprünge im Betrieb entstehen können, ein Abheben der Bürste zu verhindern. Derartige Lamellensprünge können auch durch Vibrationen des Rotors entstehen. Der Hub (Amplitude) dieser Querbewegungen ist in Bezug auf die Längsausdehnung der Bürsten sehr klein. Zudem liegen die Wiederholraten dieser Querbewegungen in der Größenordnung der Umdrehungszahl des Kommutators oder eines vielfachen davon und sind somit im Vergleich zu der Abnutzungsrate der Bürsten hochfrequent.The secondary spring element is preferably set up and provided to prevent lift-off of the brush in the case of movements directed perpendicularly to the axis of rotation (in the following: transverse movements or oscillations) of the commutator, which may arise during production due to production-related imbalances, irregularities or slat jumps. Such slat jumps can also be caused by vibrations of the rotor. The stroke (amplitude) of these transverse movements is very small in relation to the longitudinal extent of the brushes. In addition, the repetition rates of these transverse movements are in the order of magnitude of the number of revolutions of the commutator or a multiple thereof, and thus are high-frequency in comparison with the rate of wear of the brushes.

Aufgrund des großen Federwegs und der damit einhergehenden Masse des Primärfederelements ist dieses regelmäßig zu träge, um die zyklisch mit jeder Umdrehung des Kommutators auftretenden Querbewegungen des Kommutators ausgleichen zu können, so dass die Bürste abheben bzw. eine starke Schwankung bezüglich der Anpresskraft entstehen würde. Aufgrund der gegenüber dem Primärfederelement, vorzugsweise besonders, geringen Trägheit des Sekundärfederelements wird vorteilhafterweise erreicht, dass das Sekundärfederelement den vergleichsweise kurzen aber hochfrequenten Querbewegungen der Bürste folgen kann. Ein Abheben der Bürste und somit das Bürstenfeuer kann somit effektiv verhindert oder zumindest signifikant verringert werden.Due to the large spring travel and the associated mass of the primary spring element this is regularly too sluggish to those occurring cyclically with each revolution of the commutator To be able to compensate for transverse movements of the commutator, so that the brush would lift off or a strong fluctuation would occur with respect to the contact pressure. Due to the relative to the primary spring element, preferably particularly, low inertia of the secondary spring element is advantageously achieved that the secondary spring element can follow the relatively short but high-frequency transverse movements of the brush. A lifting of the brush and thus the brush fire can thus be effectively prevented or at least significantly reduced.

Das Primärfederelement ist also vorzugsweise aufgrund seiner Trägheit von den hochfrequenten Querbewegungen des Kommutators nahezu entkoppelt, wohingegen das Sekundärfederelement aufgrund seiner vergleichsweise geringen Trägheit die Bürste auch bei den hochfrequenten Querbewegungen federnd an den Kommutator andrücken kann. Somit wird ein Bürstenfeuer, das beim Abheben der Bürste von dem Kommutator oder durch starke Unregelmäßigkeiten der Anpresskraft auftritt, wirksam unterdrückt, so dass die Lebensdauer der Bürste und somit des Bürstensystems und des Elektromotors erhöht ist.The primary spring element is thus preferably almost decoupled due to its inertia from the high-frequency transverse movements of the commutator, whereas the secondary spring element can press the brush due to its comparatively low inertia resiliently to the commutator even in the high-frequency transverse movements. Thus, a brush fire, which occurs when lifting the brush from the commutator or by strong irregularities of the pressing force, effectively suppressed, so that the life of the brush, and thus of the brush system and the electric motor is increased.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist das Primärfederelement unter Ausbildung einer Hysterese an das Sekundärfederelement gekoppelt. Hierzu ist das Primärfederelement zweckmäßigerweise reibschlüssig mit dem Köcher gekoppelt. Mit anderen Worten steht das Primärfederelement mit dem Köcher derart in (reibschlüssigem) Kontakt, dass das Sekundärfederelement durch die Federwirkung des Primärfederelements gerade nicht oder zumindest nicht vollständig komprimiert wird.In an advantageous embodiment, the primary spring element is coupled to form a hysteresis to the secondary spring element. For this purpose, the primary spring element is advantageously frictionally coupled with the quiver. In other words, the primary spring element with the quiver in such a (frictional) contact that the secondary spring element is not just or at least not completely compressed by the spring action of the primary spring element.

Zur Bildung einer solchen Hysteres stützt sich das Primärfederelement geeigneterweise mit einer Vorspannung auf einer in Bürstendruckrichtung abfallenden Rampe ab, die zweckmäßigerweise von einer Wandung des Köchers gebildet ist. Wesentlich ist, dass eine Kraftkomponente entgegen der und vorzugsweise auch in Bürstendruckrichtung (Verschleißrichtung) gegeben ist.To form such a hysteresis, the primary spring element is suitably supported with a bias on a ramp descending in the direction of brush pressure which is expediently formed by a wall of the holder. It is essential that a force component against the and preferably also in Bürstendruckrichtung (wear direction) is given.

Unter Ausbildung einer Hysterese wird hierbei verstanden, dass das Sekundärfederelement dynamischen und insbesondere hochdynamischen Schwingungen der Bürste folgen kann und hierbei den Kraftunterschied in den Bewegungsrichtungen unter Abfederung dieser Schwingungen ausnutzen kann, ohne dass auch das Primärfederelement innerhalb der über die Neigung der Rampe und die Federvorspannung eingestellten oder vorgegebenen Kraftrenzen eine nennenswerte Bewegung vollführt. Erst wenn durch ein bestimmtes Maß der Bürstenabnutzung und/oder entsprechende Schwingungsamplituden des Sekundärfederelementes diese Kraftgrenze(n) überschritten wird (werden), erfolgt auch eine Bewegung des Primärfederelementes in Bürstenandruckrichtung (Verschleißrichtung) und dadurch bedingte eine Nachführung der Bürste inklusive des Sekundärfederelementes in Richtung des Kommutators.By forming a hysteresis is here understood that the secondary spring element can follow dynamic and in particular highly dynamic oscillations of the brush and in this case can exploit the difference in force in the directions of motion while absorbing these vibrations, without also set the primary spring element within the on the inclination of the ramp and the spring preload or given force limits performs a significant movement. Only when a certain degree of brush wear and / or corresponding vibration amplitudes of the secondary spring element, this force limit (s) is exceeded, also takes place a movement of the primary spring element in Bürstenandruckrichtung (wear direction) and consequent tracking of the brush including the secondary spring element in the direction of commutator.

In einer besonders zweckmäßigen Ausführung ist hierzu das Primärfederelement als mit dem Sekundärfederelement gekoppelte Schenkelfeder mit einem Federarm einer außerhalb des Köchers angeordneten Schraubenfeder ausgebildet. Der Federschenkel bzw. Federarm liegt auf der schräg verlaufenden Köcherwand auf oder an einer dortigen Kontur unter Bildung einer zur Verschleißrichtung senkrechten Vorspannkraft auf bzw. an, so dass das Primärfederelement über die Rampe (Schräge oder Gefälle) eine Kraftkomponente in Verschleißrichtung und eine negative Kraftkomponente entgegen der Verschleißrichtung erfährt. Hierdurch vollführt unterliegen Bewegungen des hysteresebehafteten Primärfederelements entsprechenden Hysterese bzw. sind mit einer solchen ausgestattet und vollführen stets nur diskrete Bewegungsschritte, zwischen denen keine oder praktisch keine Bewegungen des Federschekels bzw. Federarms erfolgen, das Primärfederelement also quasi zwischen den Bewegungsschritten unabhängig von den Federwegen oder Schwingungen des Sekundärfederelementes verharrt.In a particularly expedient embodiment, the primary spring element for this purpose is designed as a leg spring coupled to the secondary spring element with a spring arm of a helical spring arranged outside the quiver. The spring leg or spring arm rests on the oblique quiver wall on or at a local contour to form a perpendicular to the wear direction biasing force on or on, so that the primary spring element on the ramp (slope or gradient) against a force component in the wear direction and a negative force component experiences the wear direction. As a result of this, movements of the hysteresis-related primary spring element are subject to hysteresis or are equipped with such and always perform only discrete movement steps, between which no or virtually no movements of the spring arm or spring arm take place, ie the primary spring element virtually between the movement steps independent of the spring travel or vibrations of the secondary spring element remains.

In bevorzugter Ausführung ist der Federweg des Sekundärfederelements kleiner als der Federweg des Primärfederelements. Insbesondere korrespondiert der Federweg des Sekundärfederelements mit dem zu erwartenden Hub der Querbewegungen innerhalb einer Umdrehung des Rotors. Der Federweg ist somit derart gewählt, dass der gesamte Hub von dem Sekundärfederelement ausgeglichen werden kann. Einerseits werden dadurch eine möglichst geringe (bewegte) Masse und damit eine geringe Trägheit, also eine hohe Dynamik des Sekundärfederelements erreicht. Andererseits kann durch den kleinen Federweg des Sekundärfederelements vorteilhafterweise Material und insbesondere Bauraum innerhalb des Köchers eingespart werden. In letzterem Fall kann wiederum die Länge der Bürste vergrößert werden.In a preferred embodiment, the spring travel of the secondary spring element is smaller than the spring travel of the primary spring element. In particular, the spring travel of the secondary spring element corresponds to the expected stroke of the transverse movements within one revolution of the rotor. The spring travel is thus chosen such that the entire stroke can be compensated by the secondary spring element. On the one hand, the lowest possible (moving) mass and thus a low inertia, ie a high dynamic range of the secondary spring element are thereby achieved. On the other hand can be saved by the small spring travel of the secondary spring element advantageously material and in particular space within the quiver. In the latter case, in turn, the length of the brush can be increased.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform sind das Primärfederelement von einer Schraubenfeder in Form einer Schenkelfeder gebildet und das Sekundärfederelement als Schraubenfeder ausgeführt. Vorzugsweise ist das Primärfederelement dabei mittels eines im Köcher geführten Koppelelements verbunden, welches wiederum mit dem Sekundärfederelement gekoppelt ist. Das Koppelelement bildet dabei einen Führungsschlitten, der vom Sekundärfederelement zumindest zu einem Teil dessen Länge umgeben ist.In an advantageous embodiment, the primary spring element are formed by a helical spring in the form of a leg spring and the secondary spring element is designed as a helical spring. Preferably, the primary spring element is connected by means of a guided in the quiver coupling element, which in turn is coupled to the secondary spring element. The coupling element forms a guide carriage, which is surrounded by the secondary spring element at least to a part of its length.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:

1 in schematischer Darstellung ein Bürstensystem eines Elektromotors mit zwei Bürsten, die in jeweils einem Köcher über eine durch Kraftpfeile repräsentierte Federanordnung (Primär- und Sekundärfederkraft) federnd gegen einen Kommutator gelagert sind, 1 a schematic representation of a brush system of an electric motor with two brushes, which are mounted in a quiver each via a spring arrangement represented by force arrows (primary and secondary spring force) resiliently against a commutator,

2 und 3 perspektivisch in einem vergrößerten Ausschnitt die Kopplung eines im Köcher geführten Sekundärfederelementes und einer als Schenkelfeder ausgeführten, außerhalb des Köchers angeordneten Primärfederelement mit Hysteres bei fortgeschrittenem bzw. noch geringem Bürstenverschleiß. 2 and 3 perspective view in an enlarged section of the coupling of a guided in the quiver secondary spring element and designed as a leg spring, outside the quiver arranged primary spring element with hysteresis in advanced or even low brush wear.

Einander entsprechende Teilen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are always provided with the same reference numerals in all figures.

1 zeigt ein Bürstensystem 1 in Form einer Ringscheibe oder Bürstenplatte, die konzentrisch um einen strichliniert angedeuteten Kommutator 2 eines nicht näher dargestellten Elektromotors angeordnet ist. Das Bürstensystem 1 umfasst zwei Bürsten (Kohlebürsten) 3, die in Kontakt mit dem Kommutator 2 stehen. Des Weiteren umfasst das Bürstensystem 1 zwei Köcher 4, in denen die Bürsten 3 radial zu dem Kommutator 2 und senkrecht zueinander geführt sind. Um eine Anpresskraft zwischen den Bürsten 3 und dem Kommutator 2 zu erzeugen, umfasst das Bürstensystem 1 außerdem für jede der Bürsten 3 jeweils eine Federanordnung 5. Diese ist in 1 durch Kraftpfeile veranschaulicht, welche in Reihe wirksam und in Bürstenandruckrichtung (Verschleißrichtung) orientiert sind. 1 shows a brush system 1 in the form of an annular disc or brush plate, concentrically around a dashed line indicated commutator 2 a non-illustrated electric motor is arranged. The brush system 1 includes two brushes (carbon brushes) 3 who are in contact with the commutator 2 stand. Furthermore, the brush system includes 1 two quivers 4 in which the brushes 3 radially to the commutator 2 and are guided perpendicular to each other. For a contact force between the brushes 3 and the commutator 2 to generate, includes the brush system 1 also for each of the brushes 3 in each case a spring arrangement 5 , This is in 1 is illustrated by force arrows, which are oriented in series and in Bürstenandruckrichtung (wear direction) oriented.

Die Bürsten 3 dienen zur Stromübertragung auf den im Betrieb des Elektromotors rotierenden Kommutator 2 und damit auf die nicht näher dargestellten Wicklungen des Rotors des Elektromotors. Zur Stromübertragung weisen die Bürsten 3 an einer deren Seitenflächen jeweils ein Anschlusskabel 6 auf. Während des Betriebs des Elektromotors drehen sich der Rotor und damit der Kommutator 2 um eine gemeinsame Rotationsachse 7. Aufgrund des schleifenden Kontakts der Bürsten 3 mit dem Kommutator 2 unterliegen die Bürsten 3 einem Abrieb, so dass die Bürsten 3 sich über die Lebensdauer des Elektromotors abnutzten, d. h. verkürzen. Zudem kann es durch fertigungsbedingte Unwuchten oder Unrundheiten des Rotors und/oder des Kommutators 2 im Betrieb auch zu senkrecht zur Rotationsachse 7 gerichteten Querbewegungen der Kontaktflächen 8 der Bürsten 3 mit dem Kommutator 2 kommen. Diese Querbewegungen wiederholen sich dabei mit jeder Umdrehung des Kommutators 2 und sind somit im Vergleich zu der Abnutzung der Bürsten 3 schnell und aufgrund ihrer Wiederholrate hochfrequent. Außerdem ist der Hub (die „Amplitude”) dieser Querbewegungen in Bezug auf die Längsausdehnung der Bürsten 3 sehr klein.The brushes 3 are used for power transmission to the rotating during operation of the electric motor commutator 2 and thus to the windings, not shown, of the rotor of the electric motor. For power transmission, the brushes 3 at one of their side surfaces in each case a connection cable 6 on. During operation of the electric motor, the rotor and thus the commutator rotate 2 around a common axis of rotation 7 , Due to the abrasive contact of the brushes 3 with the commutator 2 subject to the brushes 3 an abrasion, leaving the brushes 3 worn over the life of the electric motor, ie shorten. In addition, it may be due to production-related imbalances or discontinuities of the rotor and / or the commutator 2 in operation also perpendicular to the axis of rotation 7 directed transverse movements of the contact surfaces 8th the brushes 3 with the commutator 2 come. These transverse movements are repeated with each revolution of the commutator 2 and are thus compared to the wear of the brushes 3 fast and high frequency due to their repetition rate. In addition, the stroke (the "amplitude") of these transverse movements is with respect to the longitudinal extent of the brushes 3 tiny.

Gemäß den 2 und 3 umfassen die Federanordnungen 5 jeweils ein Primärfederelement 9 sowie ein Sekundärfederelement 10. Die Federanordnung 5 ist dazu eingerichtet und vorgesehen, einerseits über die Lebensdauer des Elektromotors den Abrieb der Bürsten 3 auszugleichen, d. h. die Bürsten 3 in Richtung auf den Kommutator 2 nachzustellen oder nachzuführen. Andererseits werden die Bürsten 3 mit einer hinreichend hohen Dynamik an den Kommutator 2 angedrückten, so dass auch bei hochfrequenten Querbewegungen des Kommutators 2 die Bürsten 3 nicht von diesem abheben.According to the 2 and 3 include the spring assemblies 5 each a primary spring element 9 and a secondary spring element 10 , The spring arrangement 5 is set up and provided, on the one hand over the life of the electric motor, the abrasion of the brushes 3 compensate, ie the brushes 3 towards the commutator 2 adjust or track. On the other hand, the brushes 3 with a sufficiently high dynamic to the commutator 2 pressed on, so that even with high-frequency transverse movements of the commutator 2 the brushes 3 do not stand out from this.

Das Primärfederelement 9 und das Sekundärfederelement 10 sind durch eine Schraubenfeder, d. h. durch einen schrauben- oder wendelartig um eine Längsachse der jeweiligen Feder gewickelten Federdraht gebildet. Das Primärfederelement 9 weist einen größeren Wicklungsdurchmesser auf als das Sekundärfederelement 10. Dabei ist das Primärfederelement 9 außerhalb des Köchers 4 angeordnet und als Schenkelfeder mit einem nachfolgend auch als Federarm bezeichneten Federschenkel 11 ausgeführt. Hierzu sitzt das Primärfederelement 9 auf einem Zapfen 12, der an einer auch als Bürstenträger bezeichneten Bürstenplatte 13 angeformt ist. Der Federschenkel 11 ist endseitig mit einem im Köcher 4 verschiebbar geführten Koppelelement 14 verbunden, das auf der dem Kommutator 2 abgewandten Bürstenseite seinerseits mit dem Sekundärfederelement 10 gekoppelt und hierzu beispielsweise von einigen Windungen des Sekundärfederelement 10 umgeben bzw. in dieses eingeführt ist.The primary spring element 9 and the secondary spring element 10 are formed by a coil spring, ie by a helical or helical wound around a longitudinal axis of the respective spring spring wire. The primary spring element 9 has a larger winding diameter than the secondary spring element 10 , Here is the primary spring element 9 outside the quiver 4 arranged and as a leg spring with a hereinafter referred to as a spring arm spring leg 11 executed. For this sits the primary spring element 9 on a cone 12 , on a brush plate also called brush holder 13 is formed. The spring leg 11 is end with one in the quiver 4 slidably guided coupling element 14 connected to that on the commutator 2 remote brush side in turn with the secondary spring element 10 coupled and this example of a few turns of the secondary spring element 10 surrounded or introduced into this.

Mit diesem Federschenkel 11 übergreift das Primärfederelement 9 eine Köcherkante oder -wand 15, die ein Gefälle in Bürstenandruck- bzw. Verschleißrichtung aufweist und somit eine in Bürstenandruck- bzw. Verschleißrichtung geneigte Rampe 16 bildet. Das Primärfederelement 9 bzw. dessen Federschenkel 11 stütz sich dabei an der Köcherwand 15 derart ab, dass das Primärfederelement 9 bzw. dessen Federschenkel 11 eine erhebliche Vorspannung senkrecht zur Verschleißrichtung der Bürste 3 aufweist.With this spring leg 11 engages over the primary spring element 9 a cooker edge or wall 15 , which has a slope in Bürstenandruck- or wear direction and thus a ramp in Bürstenandruck- or wear direction ramp 16 forms. The primary spring element 9 or its spring leg 11 supports itself on the quiver wall 15 such that the primary spring element 9 or its spring leg 11 a considerable bias perpendicular to the wear direction of the brush 3 having.

Über die Rampe 16, d. h. über das Gefälle oder die Schräge der Köcherwand 15 erfährt der Federschenkel 11 und damit das Primärfederelement 9 eine zusätzliche Kraftkomponente in Verschleißrichtung und eine negative Kraftkomponente entgegen der Verschleißrichtung. Dadurch unterliegen beide Bewegungsrichtungen des Federarms 11 eine reibungs- oder reibschlussbedingte Hysterese.Over the ramp 16 ie over the slope or the slope of the quiver wall 15 experiences the spring leg 11 and thus the primary spring element 9 an additional force component in the wear direction and a negative force component against the wear direction. As a result, both directions of movement of the spring arm are subject 11 a frictional or frictional hysteresis.

Zum Ausgleich des Abriebs der Bürsten 3 weist das Primärfederelement 9 somit einerseits einen Federweg auf, der mindestens der Länge des zu erwartenden Abriebs der Bürste 3 entspricht. Andererseits wird dieser Federweg vom Federschenkel (Federarm) 11 nicht linear mit der betriebsbedingt kontinuierlichen Verkürzung der Bürste 3 in Folge deren Abrieb durchlaufen, sondern aufgrund der Reibung zwischen dem Federschenkel 11 und der Rampe 16 hysteresebehaftet in diskreten Schritten durchlaufen. Innerhalb dieser diskreten, schalt- oder schalterartigen Bewegungsschritte kann das Sekundärfederelement 10 dynamischen und insbesondere hochdynamischen Schwingungen der Bürste 3 folgen und hierbei den Kraftunterschied in den Bewegungsrichtungen unter Abfederung dieser Schwingungen ausnutzen, ohne dass auch das Primärfederelement 9 bzw. dessen Federschenkel 11 in den über die Neigung der Rampe 16 und die Federvorspannung eingestellten hysteresebedingten Kraftrenzen eine nennenswerte Bewegung vollführt. Erst wenn durch einen bestimmten Abnutzungsgrad der Bürste 3 oder durch entsprechende Schwingungsamplituden des Sekundärfederelementes 10 diese Kraftgrenzen überschritten werden, erfolgt auch eine Bewegung des Federschenkel 11 des Primärfederelements 9 in Bürstenandruckrichtung (Verschleißrichtung) und eine dadurch bedingte Nachführung der Bürste 3 inklusive des Sekundärfederelementes 10 in Richtung des Kommutators 2.To compensate for the abrasion of the brushes 3 has the primary spring element 9 thus on the one hand a spring travel, the at least the length of the expected abrasion of the brush 3 equivalent. On the other hand, this spring travel from the spring leg (spring arm) 11 not linear with the operationally continuous shortening of the brush 3 as a result, undergo their abrasion, but due to the friction between the spring leg 11 and the ramp 16 Go through hysteresis in discrete steps. Within these discrete, switching or switch-like movement steps, the secondary spring element 10 dynamic and in particular highly dynamic oscillations of the brush 3 Follow this and exploit the difference in force in the directions of motion while absorbing these vibrations without the primary spring element 9 or its spring leg 11 in the over inclination of the ramp 16 and the spring preload set hysteresebraften force limits performs a significant movement. Only when by a certain degree of wear of the brush 3 or by corresponding vibration amplitudes of the secondary spring element 10 These force limits are exceeded, there is also a movement of the spring leg 11 of the primary spring element 9 in Bürstenandruckrichtung (wear direction) and consequent tracking of the brush 3 including the secondary spring element 10 in the direction of the commutator 2 ,

Bei erheblichen Schwingungsamplituden des Sekundärfederelementes 10 kann der Federschenkel 11 des Primärfederelementes 9 entlang der Rampe 16 in diskreten Bewegungsschritten auch entgegen der Verschleißrichtung ausweichen.At considerable vibration amplitudes of the secondary spring element 10 can the spring leg 11 of the primary spring element 9 along the ramp 16 Dodge in discrete steps of movement also against the wear direction.

Das Sekundärfederelement 10 ist dagegen dazu eingerichtet und vorgesehen, den Kontakt der Bürsten 3 bei hochfrequenten Querbewegungen aufrecht zu erhalten. Dazu weist das Sekundärfederelement 10 einen im Vergleich zu dem Primärfederelement 9 geringen Federweg auf. Das Sekundärfederelement 7 weist auch eine geringere Trägheit als das Primärfederelement 9 in Bezug auf eine Längsbewegung der Bürste 3, also in Bezug auf eine Querbewegung des Kommutators 2, auf.The secondary spring element 10 On the other hand, it is designed and provided for the contact of the brushes 3 to maintain at high frequency transverse movements. For this purpose, the secondary spring element 10 one compared to the primary spring element 9 low travel on. The secondary spring element 7 also has a lower inertia than the primary spring element 9 with respect to a longitudinal movement of the brush 3 , ie in relation to a transverse movement of the commutator 2 , on.

Aufgrund der Trägheit und insbesondere aufgrund der Hysterese des Primärfederelements 9 gegenüber dem Sekundärfederelement 10 ist das Primärfederelement 9 nahezu vollständig von den hochfrequenten Querbewegungen des Kommutators 2 entkoppelt, reagiert also praktisch nahezu nicht auf diese Querbewegungen. Auch kann das Koppelelement 14 eine Zusatzmasse ausbilden und/oder reibschlüssig mit dem Köcher 4 gekoppelt sein, so dass die Trägheit der Bewegung des Federschenkels 11 erhöht wird.Due to the inertia and in particular due to the hysteresis of the primary spring element 9 opposite the secondary spring element 10 is the primary spring element 9 almost completely from the high-frequency transverse movements of the commutator 2 decoupled, so almost practically does not respond to these transversal movements. Also, the coupling element 14 form an additional mass and / or frictionally with the quiver 4 be coupled, so that the inertia of the movement of the spring leg 11 is increased.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the embodiments described above. Rather, other variants of the invention can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all individual features described in connection with the exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways, without departing from the subject matter of the invention.

So kann die Rampe 16 bzw. das Gefälle zum Kommutator 2 hin, also in Verschleißrichtung, auch an einer oberen und/oder unteren Kante eines in die Köcherwand 15 eingebrachten Führungsschlitzes gebildet sein, durch welchen der Federschenkel 11 des Primärfederelementes 9 in den Köcher 4 und dort direkt oder indirekt über das Koppelelement 14 gegen das Sekundärfederelement 10 geführt sein. Diese Ausführungsform eignet sich besonders bei einem umfangsseitig nahezu geschlossenen, lediglich mit einem Längsschlitz versehenen Köcher 4, über welchen Längsschlitz das Anschlusskabel 6 aus dem Köcher 4 herausgeführt wird.That's how the ramp can do 16 or the gradient to the commutator 2 towards, ie in the wear direction, also on an upper and / or lower edge of a in the quiver wall 15 introduced guide slot be formed, through which the spring leg 11 of the primary spring element 9 in the quiver 4 and there directly or indirectly via the coupling element 14 against the secondary spring element 10 be guided. This embodiment is particularly suitable for a quiver which is virtually closed on the circumference and only provided with a longitudinal slot 4 , over which longitudinal slot the connecting cable 6 from the quiver 4 is led out.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Bürstensystembrush system
22: Kommutatorcommutator
33: (Kohle-)Bürste(Coal) brush
44: Köcherquiver
55: Federanordnungspring assembly
66: Anschlusskabelconnection cable
77: Rotationsachserrotation Sachser
88th: Kontaktflächecontact area
99: PrimärfederelementPrimary spring element
1010: SekundärfederelementSecondary spring element
1111: Federschenkel/FederarmSpring leg / arm
1212: Zapfenspigot
1313: Bürstenplatte/-trägerBrush plate / operators
1414: Koppelelementcoupling element
1515: Köcherwandquiver wall
1616: Ramperamp

Claims

Brush system ( 1 ) for an electric motor, with one in a quiver ( 4 ) led brush ( 3 ) and with a spring arrangement ( 5 ) for generating a contact force between the brush ( 3 ) and a commutator ( 2 ) of the electric motor, wherein the spring arrangement ( 5 ) a primary spring element ( 9 ) and a secondary spring element connected in series therewith ( 10 ), which is between the brush ( 3 ) and the primary spring element ( 9 ) is arranged, and with respect to a change in length along the Bürstenandruckrichtung with a relation to the, in particular hysteresis, primary spring element ( 9 ) lower inertia is designed.

Brush system ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the primary spring element ( 9 ) to form a hysteresis to the secondary spring element ( 10 ) is coupled.

Brush system ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the primary spring element ( 9 ) with formation of a force component in and / or counter to the brush pressure direction with a bias on a sloping in Bürstendruckrichtung ramp ( 16 ) is supported.

Brush system ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the primary spring element ( 9 ) to form a force component in and / or against the brush pressure direction with a bias on one of the quiver ( 4 ) formed ramp ( 16 ) is supported.

Brush system ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the primary spring element ( 9 ) as a leg spring with one with the secondary spring element ( 10 ) coupled spring legs ( 11 ) is trained.

Brush system ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the primary spring element ( 9 ) outside of the quiver ( 4 ) is arranged.

Brush system ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the primary spring element ( 9 ) on a brush plate ( 13 ) molded trunnions ( 12 ) sits.

Brush system ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the secondary spring element ( 10 ) is designed as a helical spring.

Brush system ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the coupling of the primary spring element ( 9 ) to the secondary spring element ( 10 ) over a quiver ( 4 ) guided coupling element ( 14 ) he follows.

Electric motor with a brush system ( 1 ) according to one of claims 1 to 9.