DE2247589A1

DE2247589A1 - Buerstenkonstruktion fuer eine kleine elektrodynamische maschine

Info

Publication number: DE2247589A1
Application number: DE19722247589
Authority: DE
Inventors: Jan Maarten Van De Griend
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-09-30
Filing date: 1972-09-28
Publication date: 1973-04-05
Also published as: CH547016A; HK60076A; IT975093B; DE2247589C3; CA963055A; AU4706872A; FR2154731A1; DE2247589B2; ES407090A1; JPS562768U; GB1401494A; FR2154731B1; US3824416A; JPS4842307A; NL7113387A; AT318062B

Description

PHN. 58 12 Dipl. - Ing. F. - T. KITFEBMANN 2247589 WIj/WG

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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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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 U_t 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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substanz 22, die In einer Ausnehmung 23 des Bürstenträgers \6 angeordnet ist. Die Dämpfungssubstanz macht mit festen

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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.

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.

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

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die Dämpfungssubstanz keinen Einfluss, von Bedeutung sind nur die Abmessungen der Bürsten 17 und das Material derselben, die Initialbiegung, die den Blattfedern Zk zugeord-

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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

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 zu

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den 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.

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