DE202013011991U1 - Bürstensystem für einen Elektromotor - Google Patents

Abstract

Bürstensystem (1) für einen Elektromotor mit einem Kommutator (2), mit mindestens einer in einem Bürstenschacht (4) mit zwei einander gegenüberliegend angeordneten Schachtwandungen (4a, 4b) geführten Bürste (3) mit zwei zu den Schachtwandungen (4a, 4b) zumindest im Wesentlichen parallel verlaufenden Bürstenlängsseiten (17) und einer stirnseitigen Kontaktfläche (12) zur Anlage am Kommutator (2), – wobei die Bürste (3) unter Bildung eines Längsspalts (14) zwischen zumindest einer der Schachtwandungen (4a) und der dieser zugewandten Bürstenlängsseite (17) im Bürstenschacht (4) einliegt, und – wobei in den Längsspalt (14) ein Federelement (15) zum Spielausgleich der im Bürstenschacht (4) einliegenden Bürste (3) eingebracht ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Bürstensystem für einen Elektromotor, mit mindestens einer in einem Bürstenschacht geführten Bürste zur Anlage an einem Kommutator des Elektromotors. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Elektromotor mit einem solchen Bürstensystem.
• In Abweichung zu einem bürstenlosen Gleichstrommotor als elektrische Maschine bestreichen bei einem mit einem wellenfesten Kommutator versehenen Gleichstrommotor üblicherweise zwei oder auch mehrere Bürsten eine Anzahl von Kommutatorlamellen, die den elektrischen Strom auf die Wicklungen eines sich mit der Motorwelle drehenden Rotors übertragen. Mittels der Lamellen wird von Wicklung zu Wicklung eine Stromwendung (Kommutierung) erzeugt, die gegenüber üblicherweise feststehenden Magnetpolen eines Stators ein Drehmoment auf die Motorwelle (Rotorwelle) erzeugt.
• 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 köcherartigen Bürstenschacht mittels mechanischer Federn unter Wirkung deren Federkraft gelagert, so dass eine automatische Nachstellung der Bürsten erfolgt. Die Federkraft kann beispielsweise mittels Schenkel-, Druck-, Blatt- oder Rollbandfedern erzeugt werden.
• Der jeweilige Bürstenschacht ist häufig auf einem beispielsweise als Bürstenplatte ausgeführten Träger (Bürstenträger) angeordnet, der zusammen mit den Bürsten und den erforderlichen elektrischen Kontaktmitteln sowie gegebenenfalls vorhandenen Entstörelementen (Spulen, Drosseln, Kondensatoren) ein sogenanntes Bürstensystem bildet.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Bürstensystem eines oder für einen Elektromotor(s) anzugeben. Insbesondere sollen durch die Bürsten verursachte Geräuschentwicklungen unterbunden werden. Des Weiteren soll ein unerwünschtes Klemmen der Bürsten in den Bürstenschächten sicher vermieden werden. Ferner soll ein Elektromotor mit einem solchen Bürstensystem angegeben werde.
• Bezüglich des Bürstensystems wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche. Bezüglich des Elektromotors wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 8.
• Hierzu ist bei einem Bürstensystem für einen Elektromotor mit einem Kommutator mindestens eine in einem Bürstenschacht mit zwei einander gegenüberliegend angeordneten Schachtwandungen geführte, quaderförmige Bürste vorgesehen, die zwei zu den Schachtwandungen zumindest im Wesentlichen parallel verlaufende Bürstenlängsseiten und eine stirnseitige Kontaktfläche zur Anlage am Kommutator aufweist. Die Bürste liegt unter Bildung eines Längsspalts zwischen zumindest einer der Schachtwandungen und der dieser zugewandten Bürstenlängsseite im Bürstenschacht ein. Auch kann beidseitig die Bürste jeweils ein Längsspalt zur jeweils zugewandten Schachtwandung vorgesehen sein. Hierdurch ist innerhalb des Bürstenschachtes ein gewisses Bürstenspiel gegeben, das temperaturabhängig, insbesondere bei Tieftemperaturen, bedingte Materialbewegungen, insbesondere eine Materialdehnung, zulässt und dennoch ein beispielsweise dadurch bedingtes Klemmen der Bürste im Bürstenschacht zuverlässig vermeidet.
• In diesen spielbildenden Längsspalt zwischen der Bürste und dem Bürstenschacht ist ein Federelement eingebracht, dass dem – zumindest im Wesentlichen radialen – Spielausgleich der im Bürstenschacht einliegenden Bürste dient. Somit ist nicht nur ein Klemmen der Bürste im Bürstenschacht, sondern auch eine unerwünschte Geräuschentwicklung zuverlässig vermieden, indem das Federelement eine seitliche (radiale) Bewegung der Bürste innerhalb des Bürstenschachtes zuverlässig verhindert. Bei beidseitigem Längsspalt kann auch beidseitig der Bürste zwischen dieser und den zugewandten Schachtwänden jeweils ein Federelement in den Bürstenschacht eingebracht sein.
• Das Federelement ist vorzugsweise ein Stanz-Biege-Teil und insbesondere als Federblech mit zumindest einer Federlasche, zweckmäßigerweise mit zwei in Bürsten- bzw. Schachtlängsrichtung hintereinander angeordneten Federlaschen ausgeführt. Die oder jede Federlasche ist bevorzugt in Stanz-Biegetechnik federnd ausgestellt, so dass die jeweilige Federlasche einseitig am stanztechnisch hergestellten Blechfenster unter Aufbiegung angeformt verbleibt, während das abgewandte, gegenüberliegende freie Laschenende aus der Ebene des Federblechs bzw. aus der Ebene des Blechfenster federnd aufsteht.
• Die Federlasche des im Einbauzustand in den Bürstenaschacht eingeschobenen Federelementes ist geeigneterweise in Gegenrichtung zur Kontaktfläche der Bürste ausgestellt. Zudem erstreckt sich die Federlasche zweckmäßigerweise über zumindest einen Teilbereich der zugeordneten Bürstenlängsseite unter Anlage des federnd ausgestellten Laschenendes an der dieser Bürstenlängsseite zugewandten Schachtwandung.
• In vorteilhafter Weiterbildung dass weist das Federblech am der Kontaktfläche der Bürste abgewandten Blechende eine abgebogene Anlagekante auf, die als Endanschlag des Federelementes der zugeordneten Schachtwand dient. Hierdurch ist im Zuge der Montage eine definierte Einschubtiefe des Federelementes in den Bürstenschacht sichergestellt.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Bereitstellung eines Längsspalts zwischen der Bürste und dem diese aufnehmenden Bürstenschacht und eines in den Längsspalt zum Bewegungsausgleich eingesetzten Federelements einerseits ein Bürstenspiel zur Bereitstellung insbesondere auch temperaturbedingter Materialdehnungen zugelassen und dennoch andererseits eine ausreichend bewegungsgedämpfte Halterung und Führung der Bürste im Bürstenschacht gegeben ist, so dass schwingungsbedingte Geräuschentwicklungen der Bürste sicher vermieden sind.
• Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
• 1 in schematischer Darstellung ein Bürstensystem eines Elektromotors mit zwei Bürsten, die in jeweils einem Bürstenschacht (Köcher) über eine Federanordnung federnd gegen einen Kommutator gelagert sind,
• 2 und 3 perspektivisch in einem vergrößerten Ausschnitt die schachtwandseitige federelastische Anbindung der Bürste innerhalb des Bürstenschachtes,
• 4 perspektivisch die Bürste mit seitlich anliegendem Federblech mit zwei ausgestellten Federlaschen, und
• 5 das Federblech in perspektivischer Darstellung mit abgekröpftem Einschubanschlag.
• Einander entsprechende Teilen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• In 1 zeigt ein Bürstensystem 1, das in Form einer Ringscheibe ausgeführt ist und konzentrisch um einen strichliniert dargestellten Kommutator 2 eines nicht näher dargestellten Elektromotors angeordnet ist. Das Bürstensystem 1 umfasst zwei (Kohle-)Bürsten 3, die in Kontakt mit dem Kommutator 2 stehen. Des Weiteren umfasst das Bürstensystem 1 zwei köcherartige Bürstenschächte 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 für jede der Bürsten 3 jeweils eine Federanordnung 5. Die Federanordnungen 5 umfassen jeweils ein Primärfederelement 6 sowie ein Sekundärfederelement 7. Gemäß 1 kann der Bürstenschacht 4 oben offen oder teilweise geschlossen ausgeführt sein.
• Die Bürsten 3 dienen in dem Elektromotor 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 ihrer Seitenflächen jeweils ein Anschlusskabel 8 auf. Zur einfachen Kontaktierung der Bürsten 3 sind die Anschlusskabel 8 oberhalb des Bürstenschachtes 4 – gegebenenfalls über einen dort verlaufenden Längsschlitz 9 – herausgeführt.
• Beim Betrieb des Elektromotors rotieren der Rotor und der Kommutator 2 um eine gemeinsame Rotationsachse 10. 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 und dadurch verkürzen. Zudem kann es durch fertigungsbedingte Unwuchten und/oder Unrundheiten des Rotors und/oder des Kommutators 2 im Betrieb auch zu senkrecht zu der Rotationsachse 10 gerichteten Querbewegungen der Kontaktflächen 12 der Bürsten 3 mit dem Kommutator 2 kommen. Die Federanordnung 5 mit dem Primärfederelement 6 und dem Sekundärfederelement 7 ist dazu eingerichtet und vorgesehen, einerseits über die Lebensdauer des Elektromotors den Abrieb der Bürsten 3 auszugleichen und hierzu die Bürsten 3 in Richtung auf den Kommutator 2 nachzuführen, und andererseits die Bürsten 3 mit einer hinreichend hohen Dynamik an den Kommutator 2 anzudrücken. Anstelle des Primärfederelement 6 und des Sekundärfederelements 7 kann auch nur ein einzelnes Federelement zur Bürstennachführung vorgesehen sein.
• Die 2 und 3 zeigen ausschnittsweise einen vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Träger (Bürstenträger) 13 des Bürstensystems 1 mit dort im Bürstenschacht 4 einsitzender sowie darin in Radialrichtung R und somit in Bürsten- und Schachtwandlängsrichtung gegen die Federkraft der Federanordnung 5 beweglich geführter Bürste 3. Der Bürstenschacht 4 ist seitlich durch nachfolgend als Schachtwände bezeichnete Schachtlängswandungen 4a, 4b begrenzt beziehungsweise gebildet, die sich in parallel zur Rotationsachse 10 verlaufenden Axialrichtung A erstrecken. Die Bürste 3 in Querrichtung Q übergreifende, stegartige Wandabschnitte 4c der Schachtwände 4a, 4b erstrecken sich ebenfalls in Bürsten- und Schachtlängsrichtung R.
• Der Abstand, d. h. die lichte Weite zwischen den Schachtwänden oder Schachtwandungen 4a und 4b des Bürstenschachts 4 ist Größe als – in Querrichtung Q gesehene – die Breite der Bürste 3, so dass innerhalb des Bürstenschachts 4 ein Längsspalt 14 der Breite B zwischen der Bürste 3 und der dieser zugewandten Schachtlängswandung, hier der der Schachtwand 4a gebildet ist. In diesem Längsspalt 14 ist ein Federelement in Form eines Federblechs 15 mit zwei federnden Federlaschen 16 eingeschoben. Die Federlaschen 16 sind in Querrichtung Q gegen die der entsprechenden Bürstenlängsseite 17 zugewandte Schachtwand 4a ausgestellt.
• Im Montagezustand ist die Bürste 3 vermittels des Federblechs 15 bzw. deren ausgestellten, federnden Laschen 16 im Bürstenschacht 4 gegen Bewegungen in Querrichtung Q gesichert. Eine axiale Sicherung der Bürste 3 innerhalb des Bürstenschachtes 4 erfolgt mittels der übergreifenden Wandabschnitte bzw. -streben (Längsstreben) 4c der Schachtwände 4a und 4b.
• 4 zeigt die Bürste 3 mit seitlich anliegendem Federblech 15 inklusive der einseitig angeformten, in Bürsten- bzw. Schachtlängsrichtung R hintereinander angeordneten Federlaschen 16. Erkennbar sind deren gegenüberliegenden Laschenenden 18 in Querrichtung Q in Folge des Abbiegens unter einem Biegewinkel α ausgestellt.
• Wie aus 5 ersichtlich, sind die Federlaschen 16 aus dem Federblech 15 unter Bildung eines Blechfensters 19 ausgestanzt und ausgebogen. An dem Einschubende 14a abgewandten Blechende 14b ist das Federblech 15 unter Bildung einer Anschlagkante oder -fläche 20 abgebogen. Mit dieser Anschlagkante 20 liegt das Federblech 15 im Einschiebezustand, d. h. in den Bürstenschacht 4 eingeschobenem Montagezustand an der Axialkante 4d der entsprechenden Schachtwand 4a als Endanschlag an.
• 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.
• So können beispielsweise anstelle eines einzelnen Federblechs 15 auch zwei Federbleche beidseitig der Bürste 3 in den Bürstenschacht 4 eingeschoben sein. Das jeweilige Federblech kann bezüglich Form und/oder Anzahl der Federlaschen (Federzunge) gegenüber derjenigen gemäß 5 andersartig ausgeführt sein.
• Bezugszeichenliste

1

Bürstensystem

2

Kommutator

3

(Kohle-)Bürste

4

Bürstenschacht

4a, b

Schachtlängswandung

4c

Wandabschnitt/-strebe

5

Federanordnung

6

Primärfederelement

7

Sekundärfederelement

8

Anschlusskabel

9

Längsschlitz

10

Rotationsachse

12

Kontaktfläche

13

Bürsten-/Träger

14

Längsspalt

14a

Einschubende

14b

Blechende

15

Federblech/Federelement

16

Federlasche

17

Bürstenlängsseite

18

Laschenende

19

Blechfenster

20

Anschlagkante/-fläche

A

Axialrichtung

B

Spaltbreite

R

Radial-/Bürsten-/Schachtlängsrichtung

Q

Querrichtung

Claims (8)

1. Bürstensystem (1) für einen Elektromotor mit einem Kommutator (2), mit mindestens einer in einem Bürstenschacht (4) mit zwei einander gegenüberliegend angeordneten Schachtwandungen (4a, 4b) geführten Bürste (3) mit zwei zu den Schachtwandungen (4a, 4b) zumindest im Wesentlichen parallel verlaufenden Bürstenlängsseiten (17) und einer stirnseitigen Kontaktfläche (12) zur Anlage am Kommutator (2), – wobei die Bürste (3) unter Bildung eines Längsspalts (14) zwischen zumindest einer der Schachtwandungen (4a) und der dieser zugewandten Bürstenlängsseite (17) im Bürstenschacht (4) einliegt, und – wobei in den Längsspalt (14) ein Federelement (15) zum Spielausgleich der im Bürstenschacht (4) einliegenden Bürste (3) eingebracht ist.
2. Bürstensystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (15) zumindest eine federnd ausgestellte Federlasche (16) aufweist.
3. Bürstensystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federlasche (16) in Gegenrichtung zur Kontaktfläche (12) der Bürste (3) ausgestellt ist.
4. Bürstensystem (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Federlasche (16) über zumindest einen Teilbereich der zugeordneten Bürstenlängsseite (17) unter Anlage an der dieser Bürstenlängsseite (17) zugewandten Schachtwandung (4a) erstreckt.
5. Bürstensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (15) ein Stanz-Biege-Blechteil ist.
6. Bürstensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Federblech mit zwei in Bürsten- und Schachtlängsrichtung (R) hintereinander angeordneten, federnd ausgestellten Federlaschen (16) als Federelement(15).
7. Bürstensystem (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Federblech am der Kontaktfläche (12) der Bürste (3) abgewandten Blechende (14b) eine abgebogene Anlagekante (20) als Endanschlag des Federelementes (15) an der zugeordneten Schachtwandung (4a) aufweist.
8. Elektromotor mit einem Bürstensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

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