DE2247589A1 - Buerstenkonstruktion fuer eine kleine elektrodynamische maschine - Google Patents
Buerstenkonstruktion fuer eine kleine elektrodynamische maschineInfo
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Description
PHN. 58 12
Dipl. - Ing. F. - T. KITFEBMANN 2247589 WIj/WG
ΙΉίΠΐ'.ίΗΙ WH It
Anmelder.- fci.Y. Philips' GloeilampenfabriekeB »
Akt. No. PHN- 5812
Anmeldung vom 27. Sept. 1972
"Eürstenkonstruktion für eine kleine elektrodynamische Maschine1
Die' Erfindung bezieht" sich auf eine kleine elektrische
Maschine mit einer Bürstenkonstruktion, die eine Anzahl
Bürsten umfasst, die je mit einem Kommutator oder mit Schleifringen zusammenarbeiten, wobei die jeweiligen Kontaktoberflächen
der Bürsten und. des damit zusammenarbeitenden Kommutators bzw. der Schleifringe federnd gegeneinander gedrückt
werden und wobei weiter DämpfungsVorkehrungen getroffen sind
zum Dämpfen, von Schwingungen der Kontaktoberflächen gegenübe
reinander.
Bei kleinen elektrischen Maschinen der obengenannten Art und von hoher Qualität, beispielsweise bei Gleichstromtachogenera
loren oder batteriegespeisten Gleichstromkommutatormotoran
zum Gebrauch in tragbaren Bandaufzeichnungs-
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BAD ORlGtNAL
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geraten ist eine gute Qualität der Kommutierung von höchster
Bedeutung, da diese mehrere wichtige Faktoren beeinflussen, wie die Lebensdauer der Maschine, die Einp*^rigkeit der drehenden
Bewegung eines Motors, falls die Geschwindigkeit desselben
elektronisch gesteuert wird, das Auftreten elektromagnetischer Störungen auf AM- und FM-Fiequenzen und weiter
das mechanisch erzeugte Geräusch der über den Kommutator
oder die Schleifringe bewegende Bürsten. Bei Tachogeneratoren
ist die Kommutierungsqualität für die Geräuschmenge des abgelieferten
Signals bestimmend.
Daher wird angestrebt, bei dieser Art von Maschinen die Bürste:!konstruktion und den(die) damit zusammenarbeitenden
Kollektor bzw. Schleifringe derart auszubilden, dass geringe Kontaktdrücke aber gleichzeitig im Betrieb möglichst kleine
Änderungen im Kontaktdruck auftreten. Diese letztgenannte Anforderung lässt sich in der Praxis ziemlich schwierig
erfüllen, und zwar wegen der Schwingungserscheinungen, die in der Bürstenkonstruktion auftreten. Die Bürstenkonstruktion
bildet ja immer ein mechanisches Massen-Federsysten, das
infolge der Unebenheit des Kommutators oder der Schleifringe mit einer sich in der Zeit ändernden Kraft belastet wird.
Die gewünschte gute Kommutierungsqualität wird also ausser durch eine derartige Konstruktion des Kommutators oder
dar Schleifringe, dass nur geringe sich in der Zeit ändernde
Kräfte entstehen, auch durch die dynamischen Eigenschaften
des mechanischen Massen-Federsys »mos bestimmt. Ea dürfte
leuchten, dass gute Resultate erwartet »erden könnon boi
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Verwendung eines Massen-Federsystems, das nicht Völlig
ungedämpft ist. Obschon jedes Material, also auch die
Metalle der verwendeten Federn usw. gewissermassen
dämpfende Eigenschaften aufweisen, sind diese meistens
so klein, dass gesonderte Dämpfungsvorkehrungen erwünscht sind.
Aus der niederländischen Patentanmeldung 280.024 der .Anmelderin ist eine Bürstenkonstruktion der eingangs erwähnten
Art bekannt. Diese bekannte Bürstenkonstruktion umfasst eine an der Aüssenseite einer Öffnung in einem
Motorgehäuse lösbar angeordnete isolierende Platte, die zwei in das Gehäuse ragende Arme trägt, die je eine mit dem
Kommutator der Maschine zusammenarbeitende und federnd belastete Bürste tragen, wobei die Arme durch je eine Blattfeder
belastet werden, deren Ende auf einem Rücken eines zugehörenden Unterstützungselementes ruht, das einerseits
mit der isolierenden Platte fest verbunden ist und andererseits den fest angeordneten Teil einer Lagerung bildet
für den Arm und an den letzterer durch die Blattfeder angedrückt wird. Bei dieser Bürstenkonstruktion tritt ein
gewisses Ausmass an Reibungsdämpfung auf und zwar infolge
der Reibung zwischen den Blattfedern und den Unterstützungselementen beim Drehen eines Arms um die Lagerung. Es hat
sich jedoch herausgestellt, dass das Ausmass an zwischen den Blattfedern und den Unterstützungselementen auftretender
Reibung sich in der Zeit schwierig konstant halten lässt. Dies wird durch moherere Erscheinungen verursacht,
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die an der Stelle der Kontaktflächen zwischen den Federn
und den Unterstützungselementen auftreten und zwar ein gewisser Verschleiss und Korrisionserscheinungen. Weiter ist
eine derartige Dämpfung nicht für jede Bürstenkonstruktion geeignet, weil nicht immer übereinander reibende Teile vorhanden
sind.
Bei einer anderen bekannten Bürstenkonstruktion für einen kleinen Gleichstromkommutatormotor sind die Bürsten
auf metallenen Bürstenbrücken befestigt, die mit Zwischenlage von Gummiteilen auf einem aus Kunststoff hergestellten
Borstenträger angeordnet sind. Eine derartige Verwendung von Gummi weist jedoch ebenfalls einige Nachteile auf.
So hat Gummi nur eine geringe innere Dämpfung, während die Kontaktoberfläche mit den Bürstenbrücken nur geringfügig
ist und die Toleranzen in bezug auf die Masse sowie in bezug auf die physikalischen Eigenschaften ziemlich gross
sind. Weiter kann das Gummi nur Druckkräfte aufnehmen, es sei denn dass das Gummi an den Bürstenbrücken befestigt ist,
was beispielsweise mit Hilfe eines Klebemittels erfolgen könnte, was jedoch an sich wieder neue Schwierigkeiten mit
sich bringt, weil der Leim ein örtliches Erhärten des Gummis
veranlassen und auch andere Probleme herbeiführen kann.
Die Erfindung bezweckt nun, eine Bürstenkonstruktion der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der mit sehr einfachen
Mitteln eine ausgezeichnete Dämpfung erreicht werden kann, und wird dadurch gekennzeichnet, dass die genannten
Dämpfun£jsvorkehrungen eine plastisch verfornibare kittartige
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Dämpfungasubstanz umfassen, die zwischen Schwingungen ausgesetzten
Teilen der Bürstenkonstruktion und festen Teilen
der Maschine angeordnet ist und daran klebend haftet.
Unter einer kittartigen Dämpfungssubstanz wird in
diesem Zusammenhang eine Substanz verstanden, die durch die verhältnismässig leichte plastische Verformbarkeit gewisserraassen
Flüssigkeitseigenschaften aufweist, aber andererseits
auch elastische Eigenschaften. Eine Dämpfungssubstanz, die
sich dazu durchaus bewährt hat, ist eine Substanz auf PoIyvinylazetatbasis.
Diese Art von Substanzen wird in der Bautechnik als Kitt zum Abdichten von Rissen zwischen Teilen
eines Gebäudes oder einer Wohnung oft verwendet weil das Material seine plastischen Eigenschaften längere Zeit beibehält.
Bei einer elektrischen Maschine nach der Erfindung in der eine Bürstenkonstruktion der eingangs erwähnten Art
verwendet ist, und die mit einer Anzahl aus einem ganzen bestehender Bürsten aus plattenförmigen Metall versehen
ist, die je eine Anzahl Bürstenelemente in Form von Blattfedern umfassen, die gegenüber ihrem freien Ende mit einem
Querteil verbunden sind, der über auf beiden Seiten befindliche Verbindungsblattfedern mit dem Bürstenträger verbunden
ist, kann mit Vorteil eine Ausführungsform der Erfindung
verwendet werden, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die auf beiden Seiten des genannten Querteils befindlichen Verbindungsblattfedern
neben den Bürstenelementen liegen und im wesentlichen sich parallel in einer Richtung vom Querteil
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zu den freien Enden der Bürstenelernente erstrecken und dass
die Dämpfungssubstanz mit den gegenüber den freien Enden liegenden Enden der Bürstenelemente, mit dem genannten Querteil
und mit den Verbindungeblattfedern einen klebenden Kontakt bilden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Gleichstromkommutatormotor
in etwa siebenfacher Vergrosserung zum Gebrauch in einem batteriegespeisten Bandaufzeichnungsgerät,
welcher Motor mit einem flachen Kommutator versehen ist, der mit einer eine Anzahl Blattfedern umfassenden Bürstenkonstruktion
nach der Erfindung zusammenarbeitet.
Fig. 2 eine Ansicht des an der Seite der Bürstenkonstruktion liegenden axialen Endes des Motors nach Fig. 1
bei abgenommenem Lagerdeckel und an der Stelle, an der.von einer der Bürsten die Dämpfungssubstanz teilweise entfernt
werden i"5t.
Der durch J_ in Fig. 1 bezeichnete Motor umfasst ein
rohrförraiges metallenes Gehäuse 2 mit auf beiden Seiten
desselben angeordneten metallenen Lagerdeckeln J und Ut
in denen sich die aus Sinterbronze hergestellten Gleitlager 5 und 6 befinden. Auf der Welle 7 des Motors befindet sich
ein Supenträger 8_, der aus einem Spulenkörper 9 und einem
Spulenkörperdeckel 10 besteht, sowie eine Kiemenscheibe 11,
die dazu dient, über eine in der Zeichnung nicht dargestellte
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Pese die Haspel eines kleinen tragbaren Bandaufzeichnungsgerätes
anzutreiben. Auf dem Spulenträger IB_ ist eine blockförmige
Spule 12 angeordnet und zwar eine Spule, deren Wicklungen gleichmässig über die Mantelfläche verteilt sind und
wobei die über die Mantelfläche laufenden Drähte sich praktisch parallel zu der Welle 7 erstrecken und an den axialen
Enden der Spule etwa diametral den Abstand zur anderen Seite
durchqueren. Innerhalb des Spulenträgers 8_ befindet sich .
ein ringförmiger diametral magnetisierter Duaermagnet 13 mit
einem aus thermoplastischem Kunststoff hergestellten eingespritzten Kern 1^. Der Kern 1U ist auf einem rohrförmigen,
die Welle 7 konzentrisch umgebenden herausragenden Teil 15
des Lagerdeekels 3 angeordnet. Im lagerdeckel k ist ein
Btirstentra&er 16 befestigt, in dem sich die Bürsten 17 befinden,
die mit dem auf der Welle 7 angeordneten Kommutator
18 zusammenarbeiten. Es betrifft hier einen flachen Kommutator,
der aus einem aus Kunststoff bestehenden Trägerkörper
19 besteht, der eine Anzahl metallener Kommutatorlamellen trägt. Zwischen dem Spulenkörper 9 und dem Kern lh des Dauermagneten
13 und auch zwischen dem Lager 5 und der Riemenscheibe 11 sind aus Nylon hergestellte Ringe 21 angeordnet
zum Aufnahmen etwaiger auf die Welle 7 einwirkender axialer Belastungen.
Die im "Motor _1_ vorgesehenen Dämpfungsvorkehrungen zum
Dämpfen von Schwingungen der Kontaktoberflächen der Bürsten gegenüber dem Kommutator JjS umfassen eine bei jeder Bürste
angeordnete Menge plastisch verformbaxrr kittartiger Dämpfungs-
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BA0 ORfGtNAl
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substanz 22, die In einer Ausnehmung 23 des Bürstenträgers
\6 angeordnet ist. Die Dämpfungssubstanz macht mit festen
|l
Teilen des Motors J_ einerseits, wie mit dem BUrstenträger
16 und dem Lagerdeckel k und mit der Schwingungen ausgesetzten Bürsten 17 andererseits klebenden Kontakt.
Jede der Bürsten 17t siehe Fig. 2, umfasst zwei
Bürstenelemente in form metallener Blattfedern 2k. Mit
löfelförmig gebogenen freien Enden 25 arbeiten die Blattfedern 2k mit dem Kommutator 18 zusammen. Die Bürsten 17
sind gegeneinander isoliert im Bürstenträger 16 angeordnet und sind weiter über Zungen 2.6 mit den Kupfernen Kernen zweier Drähte 28, die durch Offnungen 29 in einem nockenförmigen Vorsprung 30 des Bürstenträgers 16 angeordnet sind, elektrisch leitend verbunden.
Bürstenelemente in form metallener Blattfedern 2k. Mit
löfelförmig gebogenen freien Enden 25 arbeiten die Blattfedern 2k mit dem Kommutator 18 zusammen. Die Bürsten 17
sind gegeneinander isoliert im Bürstenträger 16 angeordnet und sind weiter über Zungen 2.6 mit den Kupfernen Kernen zweier Drähte 28, die durch Offnungen 29 in einem nockenförmigen Vorsprung 30 des Bürstenträgers 16 angeordnet sind, elektrisch leitend verbunden.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Bürsten 17
weisen je zwei Bürstenelemente in Form von Blattfedern 2k auf, die gegenüber ihrem freien Ende 25 mit einem Querteil 31 verbunden sind, der über auf beiden Seiten befindliche Verbindungsblattfedern 32 mit dem Bürstenträger 16 verbunden ist. Die Verbindungsblattfedern 32 liegen neben den Blattfedern Zk und erstrecken sich im wesentlichen parallel zu denselben in einer Richtung vom Querteil 31 zu den freien Enden 25 der Bürstenelemente 2k. Die Dämpfungssubstanz 22 macht mit 'den gegenüber den freien Enden 25 liegenden Enden der Blattfedern 2k, mit dem Querteil 31 und den Verbindungsblattfedern 32 einen klebenden Kontakt.
weisen je zwei Bürstenelemente in Form von Blattfedern 2k auf, die gegenüber ihrem freien Ende 25 mit einem Querteil 31 verbunden sind, der über auf beiden Seiten befindliche Verbindungsblattfedern 32 mit dem Bürstenträger 16 verbunden ist. Die Verbindungsblattfedern 32 liegen neben den Blattfedern Zk und erstrecken sich im wesentlichen parallel zu denselben in einer Richtung vom Querteil 31 zu den freien Enden 25 der Bürstenelemente 2k. Die Dämpfungssubstanz 22 macht mit 'den gegenüber den freien Enden 25 liegenden Enden der Blattfedern 2k, mit dem Querteil 31 und den Verbindungsblattfedern 32 einen klebenden Kontakt.
Mit der in Fig. 2 dargestellten Formgestaltung der
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Bürsten 17 wird eine Verringerung der störenden Kontaktgeräusche
bezweckt, d.h. von Geräuschen, die entstehen beim Bewegen der Enden 25 der Federn 2k über den Kommutator JJ3.
Die dabei in den Blattfedern 2k entstehenden Schwingungen werden letzten Endes über den Bürstenträger 16 auf den
Lagerdeckel k und die übrigen festen Teile der Maschine und gegebenenfalls auch auf Teile des Bandaufzeichnungsgerätes,
in dem sich der Motor _1_ befindet, übertragen. Die gezeichnete Formgestaltung bietet den Vorteil, dass
ohne dass die Abmessungen der Bürste 1? unnötig wrgrössert
werden, die genannten Schwingungen dennoch gezwungen x/erden,
einen verhältnismässig langen ¥eg über die mit der Bärapfungflsubstanz
23 klebend verbundenen Teil© 31 und 32 zurückzulegen,
bevor sie den Bürstenträgex· 16 ©streichen können. Die
Intensität der Schwingung©» wird durch dia Bämpfungssubstanz
inzwischen stark verringert, so dass ©in© wesentlich© allgemeine
Verringerung der Intensität des Kontaktgerausehas
entsteht.
Die plastischen sowie elastischen Eigenschaften des?
kittartigen Dämpfung s sub st anz 22 gaben der in, den Figuren
dargestellten Bürstenkonstruktion einen völlig eigenen
Charakter, wobei die wirksamen Längen der federnden Bürstenelemente 2k in Beziehung zu der Frage, ob man die; statischen
Eigenschaften oder die dynamischen Eigenschaften der Bürstenkonstruktion
betrachtet, betrachtet v/erden müssen,,
Auf den statischen Kontaktdruck zwischen den Kontakt-=
Oberflächen der Blattfedern 2k und dem Kommutator 18 hat
die Dämpfungssubstanz keinen Einfluss, von Bedeutung sind
nur die Abmessungen der Bürsten 17 und das Material derselben, die Initialbiegung, die den Blattfedern Zk zugeord-
*" „l·
net wird, bevor die Bürstenkonstruktion in'Motor angeordnet
wird, sowie die axiale Lage, welche die Bürstenkonstruktion
in montiertem Zustand im Motor In bezug auf den Kommutator einnimmt.
Beim Anordnen während der Montage des Motors der Dämpfungssubstanz 22 in dem dazu bestimmtan Raum 23 im
Bürstenträger 16 tritt zunächst eine gewisse Biegung der
äusserst zerbrechlichen Blattfedern Zk auf, wodurch auch der statische Kontaktdruck zwischen den Federn Zk und dem
Kommutator Jj^ beeinflusst wird. Dieser Einfluss nimmt danach
jedoch ständlich ab, weil die Dämpfungssubstanz solange
plastisch verformt, also gleichsam wegfllesst, bis diese keine statische Kräfte mehr auf die Bürsten 17 ausübt.
Betrachtest man jedoch das dynamische Verhalten der Bürsten, so stellt es sich heraus, dass das Vorhandensein
der Dämpfungssubstanz einen grossen Einfluss hat. Diese Substanz schafft nicht nur eine richtige viskose Dämpfung
weil sie sich wie eine hochviskose Flüssigkeit benimmt, sondern auch die elastischen Eigenschaften sind nicht vernachlässigbar.
Für die Änderungen die im Kontaktdruck zwischen den Blattfedern ?-k und dem Kommutator J_fi im Betrieb
entstehen, sond auf diese Veiso nicht nur die freie ungedämpfte Länge jeder Blattfeder von Bedeutung d.h.
der Abstand zwischen einem freien Ende 25 und dem Punkt,
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wo die betreffende Blattfeder zum ersten Mal einen klebenden
Kontakt mit der Dampfungssubstanz 22 macht, sondern auch
die Abmessungen des übrigen Teile der Bürste. Damit ist die Möglichkeit geschaffen, die. dynamischen Eigenschaften
der Bürsten unabhängig von den statischen Eigenschaften
zu beeinflussen.
Bei Versuchen unter reellen Verhältnissen mit Mo- -toren
der in der Zeichnung dargestellten Art wurde eine Kommutierung von bisher ungekannter Qualität erreicht. Bei
diesen Versuchen wurden die Schwingungen der Enden 25 gegenüber
einer pai-allel zur Oberfläche des Kommutators JJB^
gedachten Bezugsfläche gemessen. Durch Verwendung der Dämpfungssubstanz stellt es sich heraus, dass die mittlere
Schwingungsamplitude in Vergleich zu der, die beim Vorhandensein von Gummi auftritt, um einen Faktor in der
GrossenOrdnung von 10 verringert.
Bei der Herstellung stellt es sich heraus,,dass das Anordnen der Dämpfungssubstanz mit einfachsten Hilfsmitteln und
praktisch problemlos erfolgen kann.
Bei der Wahl der Zusammenstellung der Dämpfungssubstanzen sind grosse Änderungen in den Eigenschaften möglich.
Die Hersteller -derartiger Substanzen können dabei auch ohne besondere Probleme die Anforderungen berücksichtigen,
die eich auf für die Verarbeitbarkeit und Verwendbarkeit
wichtige Eigenschaften wie Haftfestigkeit an Metallen und
anderen Materialien Konstantheit der Viskosität in'Abhängigkeit von Zeit und Temperatur Toxizität usw. beziehen.
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Dazu Yimrde eine Dämpfungsmasse auf Basis von PoIyvinylazetat
mit einem polymeren Weichmacher und unter Hinzufügung von Titandioxyd, Kalziumkarbonat und Russ entwickelt.
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Claims (2)
- Patentansprüche;Γ 1.J Kleine elektrische Maschine mit einer Bürstenkonstruktion, die eine .Anzahl Bürsten umfasst, die je mit einem Kommutator oder mit Schleifringen zusammenarbeiten, wobei die jeweiligen Kontaktoberflächen der Bürsten und des damit zusammenarbeitenden Kommutators bzw. der Schleifringe federnd gegeneinander gedrückt werden und wobei weiter Dämpfungsvorkehrungen getroffen sind zum Dämpfen von Schwingungen der Kontaktoberflächen gegenübereinander, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Dämpfungs-Vorkehrungen eine plastisch verformbare kittartige Dämpfungssubstanz umfassen, die zwischen Schwingungen ausgesetzten Teilen der Bürstenkonstruktion und festen Teilen der Maschine angeordnet ist und daran klebend haftet.
- 2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, mit einer Bürstenkonstruktion der an sioh bekannten Art, mit einer Anzahl aus s einem Ganzen, bestehender· Bürsten- aus plattenförmigen! Metall, die je eine Anzahl Bürstenelemente* in Form von Blattfedern umfassen, die gegenüber ihrem freien Ende mit einem Querteil verbunden sind, der über auf beiden Seiten befindliche Verbindungsblattfedern mit dem Bürstenträger verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die auf beiden Seiten des Quer teils befindlichen Verbindüngsblattfedern neben den Bürstenelementen liegen und sich im wesentlichen parallel zu den-! selben erstrecken und «war in einer Richtung vom Querteil zu3098U/0909den freien Enden der Bürstenelemente und dass die Dämpfungssubstanz mit den gegenüber den freien Enden liegenden Enden der Bürstenelemente mit dem Querteil und mit den Verbindungsblattfedern einen klebenden Kontakt bilden.309814/0909Lee rseite
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