DE2147790B2

DE2147790B2 - Schaltvorrichtung für die Umkehr der Drehrichtung eines Kommutatormotors

Info

Publication number: DE2147790B2
Application number: DE19712147790
Authority: DE
Inventors: Norman Duane Grand Island Brockelsby; Max William Hastings Perry
Original assignee: Dutton-Lainson Co Hastings Nebr (vsta)
Current assignee: Dutton-Lainson Co Hastings Nebr (vsta)
Priority date: 1970-11-18
Filing date: 1971-09-24
Publication date: 1979-01-25
Also published as: GB1337811A; CA936217A; DE2147790A1; DE2147790C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für die Umkehr der Drehrichtung eines Kommutatormotors durch Änderung der Bürstenstellung zum Kommutator mit einem Bürstenträger, der um die Drehachse des Kommutators drehbar angeordnet ist und Bürstenfassungen aufweist, die wechselweise mit verschiedenpoligen Stromzuführungen einer Stromquelle verbunden sind und in welchen die Bürsten unter Federspannung gegen den Kommutator gedrückt sitzen, wobei die Bürsten durch Drehung des Bürstenträgers mittels eines drehbaren äußeren, am Motorgehäuse befindlichen Betätigungsgliedes unter Unterbrechung des elektrischen Kontaktes zu ihren Stromzuführungen von der einen in eine andere Betriebsstellung verschoben werden.

Es ist bekannt, daß bei einem Gleichstromelektromotor eine Umkehr der Anschlüsse eine Umkehr der Drehrichtung bewirkt. In der Vergangenheit war es allgemein üblich, für die Umkehr des Drehsinnes eines Gleichstrommotors einen Kippschalter oder dergleichen vorzusehen, der außerhalb des Motors sitzt und der ein Umkehren des zum Motor fließenden Stromes bewirkt. Es gibt jedoch Anwendungsmöglichkeiten, bei denen es wünschenswert ist, ei

Schalter zu vermeiden. Zum Beispiel der Kostenaufwand des Schalters oder Sicherheitsgründe können es erforderlich machen, einen Umkehrschalter als ein integriertes Teil des Motors einzubauen.
Aus der US-PS 25 00 571 ist eine Schaltvorrichtung für die Umkehr der Drehrichtung eines Motors bekannt, die als integriertes Teil in den Motor eingebaut ist Die bekannte Ausführung hat einen Ringkollektor, der über Bürsten und zusätzliche Schleifkontakte mit Stromzu-

führungen verbunden ist Die Verwendung von zusätzlichen Schleifkontakten hat aber stets den Nachteil, daß durch die bei Motoren auftretenden Erschütterungen oder durch Korrosion oder Verschmutzung der Kontakte ein einwandfreier Betrieb nicht immer

gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltvorrichtung für die Umkehr der Drehrichtung eines Kommutatormotors zu schaffen, die in ihrem Aufbau einfach ist und einon sicheren Betrieb auch bei

häufigem Umschalten der Ürehrichtung des Kommutatormotors gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Schaltvorrichtung der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine ortsfeste Isolierscheibe

zwischen dem Bürstenträger und dem als Plankommutator ausgebildeten Kommutator angeordnet ist, welche öffnungen für den Durchtritt der Bürsten aufweist, derart, daß die dazwischen verbleibenden Stege im tangentiaien Querschnitt symmetrisch trapezförmig

sind, wobei die längere Grundlinie des Trapezes dem Plankommutator und die dazu parallele kürzere Decklinie des Trapezes dem Bürstenträger zugewandt ist. Eine Umkehr der Drehrichtung wird also durch eine Verschiebung der Bürsten auf dem Plankommutator

3) erreicht. Dadurch ist ein Wechsel der Polarität der elektrischen Stromquelle im Motor hergestellt. Dieser Wechsel wird durch Drehen der Bürsten längs der Oberfläche einer zwischen dem Kommutator und den Bürsten eingefügten Isolierscheibe bewirkt. Die Scheibe

enthält an vorbestimmten Stellen öffnungen, die den Bürsten nur dann ein In-Kontakt-Kommen mit dem Kommutator gestatten, wenn die Lage der Bürsten mit der der öffnungen übereinstimmt.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die

■n Bürstenfassungen über Leitungskabel an Verbindungsstifte angeschlossen sind, die mit den ir einem Handgriff befindlichen Stromzuführungen verbunden sind. Eine derartige Verbindung der Bürsten mit den Stromzuführungen ist gegen Erschütterungen unempfindlich und

><> hat einen sehr niedrigen Übergangswiderstand. Die Nachteile erhöhter Übergangswiderstände, wie sie bei zusätzlichen Schleifkontakten auftreten können, werden vermieden.

Eine zweckmäßige Ausführung der Erfindung ergibt

">'· sich dadurch, daß eine Feder den Bürstenträger in einer Ruhestellung zu halten sucht, in der die Bürsten auf den Stegen aufliegen. Auf diese Weise kommen die Bürsten nur so lange mit dem Plankommutator in Berührung, wie der Griff in einer Betriebsstellung gehalten wird. Ein

'·" Loslassen des Griffes bewirkt ein Abschalten des Motors, da der Bürstenträger in seine Ruhestellung zurückkehrt. Wird dagegen keine Feder verwendet, so verbleibt der Griff und damit auch der Bürstenträger in der jeweils eingestellten Stellung.

Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung benötigt für die Schalterfunktion nur wenig zusätzliche Teile und zeichnet sich durch eine hohe Betriebssicherheit aus.
außeriüegender·. Anhand des nachstehenden Ausführungsbeispieles sei

die Erfindung naher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Schalters im Gerät, teilweise im Schnitt,

F i g. 2 eine Seitenansicht des der Schalteinrichtung zugeordneten Handgriffes mit den möglichen Schaltstellungen,

F i g. 3 einen Querschnitt durch die Schaltvorrichtung, der nach Lage und Richtung durch die Pfeile 3 in F ι g. 1 gegeben ist,

Fig.4 eine Querschnittsansicht durch die Schaltvorrichtung, die nach Lage und Richtung durch die Pfeile 4 in F i g. 1 gegeben ist,

Fig.5 einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 der Fig. 1,

F i g. 6 eine perspektivische Ansicht des Schalters in auseinandergezogener Anordnung und

F i g. 7 und 8 zusammengesetzte Querschnitte der Isolierscheibe und der Bürste des Schalters gemäß der Linie 7-7 der F i g. 3 und 8-8 der F i g. 4.

In Fig. 1 ist ein Motor 10 mit einem äußeren Motorgehäuse 12 und einem Läufer 14 mit einer die Mittelachse 36 des Motors 10 bestimmenden Läuferwelle 16 dargestellt Der Motor 10 ist ein vierpoliger Gleichstrommotor. Befestigt am Läufer 14 und ein Teil desselben bildend ist ein Plankommutator 18. Ein Versorgungs- und Schalterteil 20 für den Kommutator 18 ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Das Versorgungs- und Schalterteil 20 ist am Motorgehäuse 12 und angrenzend am Kommutator 18 angeordnet. Am gegenüberliegenden Ende des Motors 10 ist an die Läuferwelle 16 ein Getriebe 22 angeschlossen. Die Konstruktion und Wirkungsweise des Ständers, des Läufers und des Kommutators 18 als Teile eines Gleichstrommotors sind herkömmlicher Art und dem Fachmann bekannt.

Im folgenden wird auf die F i g. 6 und F i g. 1 sowie auf die F i g. 2 bis 5,⁷ und 8 Bezug genommen. In jeder Figur bezeichnen gleiche Ziffern gleiche Teile. Ein Paar Motorgehäusestifte 24 erstrecken sich vom Motorgehäuse 12 in einer zur Läuferwelle 16 parallelen Richtung. Der Stift 24 in Fig. 1 ist durch einen gleichartigen, um 180° versetzt an der gegenüberliegenden Seite des Motorgehäuses 12 angeordneten Stift ergänzt, der in F i g. 1 nicht gezeigt ist.

Eine Isolierscheibe 26 enthält Stiftöffnungen 28 und 29, die zur Aufnahme der Stifte 24 dienen. Dadurch ist die Isolierscheibe 26 gegenüber dem Motorgehäuse 12 unverdrehbar. Die Isolierscheibe 26 hat eine zentrale Öffnung 30, durch die die Rotorwelle 16 hindurchragt. Die Scheibe 26 hat weiter vier um 90° zueinander versetzte Öffnungen 32,33,34 und 35. Die Öffnungen 32 bis 35 sind von gleicher Größe und Gestalt und auch im gleichen Abstand von der Mittelachse 36 der Rotorwelle 16 und Scheibe 26 angeordnet. Sie bilden zwischen sich Stege, deren tangentialer Querschnitt jeweils symmetrisch trapezförmig ist, wobei die längere Grundlinie des Trapezes dem Plankommutator 18 und die dazu parallele kürzere Decklinie des Trapezes dem Bürstenträger 40 zugewandt ist.

Die Seitenlinien des Trapezes, die schrägen Flächen 38 und 39 jeder der Öffnungen 32 bis 35 bestimmen eine Bürstenbewegung, die die Herstellung und Unterbrechung des elektrischen Kontaktes mit dem Kommutator 18 gestaltet.

An die Isolierscheibe 26 grenzt ein Bürstenträger 40 an, der um die Mittelachse 36 drehbar befestigt ist und der vier Bürstenfassungen 42, 43, 44 und 45 hat. Der Borstenträger 40 ist a:is einem Isoücrrrsatcria! hergestellt. In jede der Bürstenfassungen 42 bis 45 sind Bürsten 47 eingesetzt, die durch Federn 50 vorgespannt sind. Diese Anordnung ist auch in der F i g. 8 dargestellt. Der Bürstenträger 40 enthält einen zentralen Durchlaß 51, der drehbar auf eine ringförmige Buchse 52 einer Abschlußkappe 54 aufgesetzt ist Die Abschlußkappe 54 ist durch die mit den Stiftöffnungen 56 und 57 in der Abschlußkappe 54 zusammenwirkenden Stifte 24 fest am Motorgehäuse 12 gehalten. Eine Hülse 53 ist in die Buchse 52 eingelegt und nimmt die Welle 16 des Läufers 14 auf.

Ein Dichtungsring 58 ist in eine ringförmige Nut 60 einer Außenplatte 62 eingefügt. Die Außenplatte 62 ist durch Verbindungsstifte 64 (F i g. 6) und 66 (F i g. 1) starr an dem Bürstenträger 40 befestigt. Die Verbindungsstifte 64 und 66 dienen jedoch nicht nur zur starren Verbindung der Außenplatte 62 mit dem Bürstenträger 40, sondern auch als Zuleitung für den Gleichstrom zu den Bürsten 47.

Die Außenplatte 62 enthält eine Zentrierfederausnehmung 68. die zur Aufnahme und Zusammenwirkung mit einer Zentrierfeder 70 geeignet ist- Eine Ansatzschraube 72 ist durch eine Mittelöffnung 74 der Außenplatte 62 und durch den Windungsteil der Feder 7ö hindurchgeführt. Die Schraube 72 ist in die Abschlußkappe 54 eingeschraubt. Die Außenplatte 62 ist dadurch um die Mittelachse 36 des Versorgungs- und Schalterteils 20 und die Ansatzschraube 72 drehbar. Die Feder 70 hat die wirksamen Enden 76 und 77, die mit einem in der Ausnehmung 68 ausgeprägten Ansatz 80 zusammenwirken. Mit den wirksamen Enden 76 und 77 arbeitet auch ein nach außen von der Abschlußkappe 54 sich erstreckender Vorsprung 82 zusammen. Wie in der F i g. 5 dargestellt, greift der Vorsprung 82 zwischen die Enden 76 und 77 der Feder 70. Die Feder 70 hält so die Außenplatte 62 und alle daran starr befestigten Teile in einer zentrischen oder »Totpunkt«-Stel!ung.

Die Fig. 2 und 5 zeigen die Mittelstellung der Außenplatte 62 und die möglichen Schaltstellungen, die durch Drehen der Platte 62 hergestellt werden können.

Die Verbindungsstifte 64 und 66 erstrecken sich durch bogenförmige Schlitze 84 und 86 in der Abschlußkappe 54. Sie sind am Bürstenträger 40 und auch an der Außenplalte 62 befestigt, so daß der Bürstenträger 40 und die Außenplatte 62 sich gleichzeitig drehen. Eine Mutter 88 und eine Unterlegscheibe 90 dienen zum Befestigen der Verbindungsstifte 64 und 66 an dem Bürslenträger 40. In gleicher Weise dient eine Mutter 92 und eine Unterlegscheibe 94 zur Verbindung der Stifte 64 und 66 mit der Außenplatte 62. Jeder Verbindungsstift 64 und 66 hat einen Stecker 96, der sich durch die Außenplatte 62 in eine Steckhülse 98 erstreckt, die in den Griffhälften 100 und 102 eines aus Isoliermaterial gebildeten Griffes 103 angeordnet ist. Leitungskabel 105 und 108 dienen der Stromzuleitung zu den Hülsen 98 und 99. Die Niete 104 hält die Griffhälfien 100 und 102 zusammen.

Wie in Fig.4 gezeigt, sind die in den Bürstenfassungen 42 und 44 angeordneten Bürsten 47 über die Leitungskabel 106 und 107 und den Verbindungsstift 66 an einen Pol der Stromquelle angeschlossen. In gleicher Wr¹Se sind die Bürsten 47 in den Fassungen 43 und 45 über die Leitungskabel 109 und 110 und den Verbindungsstifl 64 an einen Pol der Stromquelle angeschlossen.

Die Bürsten 47 sind in der Ruhestellung gegen die äußere Fläche der Isolierscheibe 26 vorgespannt und Kommen mit ucrn ivommutstor «« nicut ΐπ uci'ünrung.

Durch Drehen des Griffes gegen die Kraft der Feder 70 gleiten die Bürsten jedoch über die Oberfläche der Isolierscheibe 26 und der schrägen Flächen 38 oder 39 hinab und kommen durch die öffnungen 33 mit dem Kommutator 18 in Kontakt. Erfolgt der Kontakt zum Beispiel durch die öffnungen 33 und 35, so läuft der Motor in der einen Drehrichtung an. Eine Drehung des Griffes um 90° schaltet die Stromanschlüsse am Kommutator 18 um, da die mit dem Stift 66 verbundenen Bürsten 47 sich nun durch die Öffnungen 32 und 34 erstrecken. Dadurch wird die Betriebsrichtung des Motors 10 umgekehrt.

In der beschriebenen Ausführungsform sucht die Feder 70 die Bürsten in die nicht-leitende Stellung zu bringen. Es. ist jedoch möglich, die Feder 70 zu entfernen, so daß der Griff gedreht werden kann, ohne daß dieser auf eine nichtleitende Stellung zurück vorgespannt wird. In diesem"Fall wirken die Bürsten wie eine Rasteinrichtung, wenn sie sich in den Öffnungen 3i bis 35 befinden.

Da der Schalter ein integrierter Teil des Motors ist sind insgesamt weniger Teile erforderlich. Nur wenige der Motorteile sind abgeändert.

Die Hinzufügung der Isolierscheibe 26 mit ihrer einzigartigen und besonderen Konstruktion sichert die vielen durch die vorliegende Erfindung verwirklichten Vorteile. Da die Bürsten unter Federspannung stehen werden die Kommutatoroberflächen durch den fortwährenden Gleitvorgang des Schlitzringes mit den Bürsten durch die Bürsten 47 angepaßt und gereinigt Von großer Bedeutung ist auch, daß alle verfügbare elektrische Energie direkt zum Motor geleitet wird Durch die Schaltkontakte wird weder durch Widerstand noch durch Erwärmung Energie verbraucht, was bei Gleichstrommotoren von sehr großer Bedeutung ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltvorrichtung fur die Umkehr der Drehrichtung eines Kommutatormotors durch Änderung der Bürstenstellung zum Kommutator mit einem Bürstenträger, der um die Drehachse des Kommutators drehbar angeordnet ist und Bürstenfassungen aufweist, die wechselweise mit verschiedenpoligen Stromzuführungen einer Stromquelle verbunden sind und in weichen die Bürsten unter Federspannung gegen den Kommutator gedruckt sitzen, wobei die Bürsten durch Drehung des Bürstenträgers mittels eines drehbaren äußeren, am Motorgehäuse befindlichen Betätigungsgliedes unter Unterbrechung des elektrischen Kontaktes zu ihren Stromzuführujigen von der einen in eine andere Betriebsstellung !verschoben werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine ortsfeste Isolierscheibe (26) zwischen dem Bürstenträger (40) und dem als Plankommutator ausgebildeten Kommutator (18) angeordnet ist, welche öffnungen (32—35) für den Durchtritt der Bürsten (47) aufweist, derart, daß die dazwischen verbleibenden Stege im tangentialen Querschnitt symmetrisch trapezförmig sind, wobei die längere Grundlinie des Trapezes dem Plankommutator (18) und die dazu parallele kürzere Decklinie des Trapezes dem Bürstenträger (40) zugewandt ist.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürstenfassungen (42, 44 bzw. 43, 45) über Leitungskabel (106, 107 bzw. 109, 110) an Verbindungsstifte (66 bzw. 64) angeschlossen sind, die mit den in einem Handgriff (103) befindlichen Stromzuführungen (105, 108) verbunden sind.

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (70) den Bürstenträger (40) in einer Ruhestellung zu halten sucht, in der die Bürsten (47) auf den Stegen aufliegen.