DE2247589C3 - Bürstenkonstruktion für eine kleine elektrische Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bürstenkonstruktion für eine kleine elektrische Maschine mit einer Anzahl Bürsten, die je mit einem Kommutator oder mit Schleifringen zusammenarbeiten, wobei die jeweiligen Kontaktoberflächen der Bürsten und des Kommutators bzw. der Schleifringe federnd gegeneinander gedrückt werden und wobei weiter Däinpfungsvorkehrungen getroffen sind zum Dämpfen von Schwingungen der Kontaktoberflächen gegeneinander.

Bei kleinen elektrischen Maschinen der oben genannten Art und von hoher Qualität, beispielsweise bei Gleichstromtachogeneratoren oder batteriegespeisten Gleichstromkommutatormotoren zum Gebrauch in tragbaren Bandaufzeichnungsgeräten ist eine gute Qualität der Kommutierung von höchster Bedeutung, da diese mehrere wichtige Faktoren beeinflußt, wie die Lebensdauer der Maschine, die Einpaarigkeit der drehenden Bewegung eines Motors, falls die Geschwindigkeit desselben elektronisch gesteuert wird, das Auftreten elektromagnetischer Störungen auf AM- und FM-Frequenzen und weiter das mechanisch erzeugte Geräusch der über den Kommutator oder die Schleifringe bewegten Bürsten. Bei Tachogeneratoren ist die Kommutierungsqualität für die Geräuschmenge des abgelieferten Signals bestimmend.

Daher wird angestrebt, bei dieser Art von Maschinen die Bürstenkonstruktion 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-Federsystem, 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 der Schleifringe, daß nur geringe,

> sich in der Zeit ändernde Kräfte entstehen, auch durch die dynamischen Eigenschaften des mechanischen Massen-Federsystems bestimmt. Es dürfte einleuchten, daß gute Resultate erwartet werden können bei 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.

Aas der niederländischen Patentanmeldung 2 80 024 der Anmelderin ist eine Bürstenkonstruktion der eingangs erwähnten Art bekannt. Diese bekannte Bürstenkonstruktion umfaßt eine an der Außenseite 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 mehrere Erscheinungen verursacht, die an der Stelle der Kontaktflächen zwischen den Federn und den Unterstützungselementen auftreten, und zwar ein gewisser Verschleiß und Korrosionserscheinungen. 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 Bürstenträger 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.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Bürstenkonsiruktion der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der mit sehr einfachen Mitteln eine ausgez.eichnete Dämpfung erreicht wird.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dämpfungsvorkehrungen eine plastisch

verformbare, kittartige Dämpfungssubstanz 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 gewissermaßen Flüssigkeitseigenschaften aufweist, aber andererseits auch elastische Eigenschaften. Eine Där.-.pfungssubstanz, die sich dazu durchaus bewährt hat, ist eine Substanz auf Polyvinylazetatbasis. 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

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Bürstenkonstruktion derart aufgebaut, daß Bürstenelemente in Form von Blattfedern vorgesehen sind, die sich vom eingespannten Ende her im wesentlichen parallel zu einem Gehäuseteil erstrecken, und daß die Dämpfungssubstanz zwischen dem Gehäuseteil und dem nicht mehr eingespannten Teil der Blattfedern angeordnet ist und mit den Blattfedern im klebenden Kontakt steht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Gleichstromkommutatormotor in etwa siebenfacher Vergrößerung 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,

F i g. 2 eine Ansicht des an der Seite der Bürstenkonstruktion liegenden axialen Endes des Motors nach F i g. 1 bei abgenommenem Lagerdeckel und an der Stelle, an der von einer der Bürsten die Dämpfungssubstanz teilweise entfernt worden ist.

Der durch 1 in F i g. 1 bezeichnete Motor umfaßt ein rohrförmiges metallenes Gehäuse 2 mit auf beiden Seiten desselben angeordneten metallenen Lagerdekkeln 3 und 4, in denen sich die aus Sinterbronze hergestellten Gleitlager 5 und 6 befinden. Auf der Welle 7 des Motors befindet sich ein Spulenträger 8, der aus einem Spulenkörper 9 und einem Spulenkörperdeckel 10 besteht, sowie eine Riemenscheibe 11, die dazu dient, über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Pese die Haspel eines kleinen tragbaren Bandaufzeichnungsgerätes anzutreiben. Auf dem Spulenträger 8 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 Dauermagnet 13 mit einem aus thermoplastischem Kunststoff hergestellten eingespritzten Kern 14. Der Kern 14 ist auf einem rohrförmigen, die Welle 7 konzentrisch umgebenden herausragenden Teil 15 des Lagerdeckels 3 angeordnet. Im Lagerdeckel 4 ist ein Bürstenträger 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 20 trägt Zwischen dem Spulenkörper 9 und dem Kern 14 des Dauermagneten 13 und auch zwischen dem Lage:- 5 und der Riemenscheibe 11 sind aus Nylon , hergestellte Ringe 21 angeordnet zum Aufnehmen etwaiger auf die Welle 7 einwirkender axialer Belastungen.

Die im Motor i vorgesehenen Dämpfungsvorkehrungen zum Dämpfen von Schwingungen der Kontaktoberflächen der Bürsten 17 gegenüber dem Kommutator 18 umfassen eine bei jeder Bürste 17 angeordnete Menge plastisch verformbarer kittartiger Dämpfungssubstanz 22, die in einer Ausnehmung 23 des Bürstenträgers 16 angeordnet ist Die Dämpfungssubstanz macht mit

r> festen Teilen des Motors I einerseits, wie mit dem Bürstenträger 16 und dem Lagerdeckel 4 und mit den Schwingungen ausgesetzten Bürsten 17 andererseits klebenden Kontakt

Jede der Bürsten 17, siehe Fig.2, umfaßt zwei

j(i Bürstenelemente in Form metallener Blattfedern 24. Mit löffeiförmig gebogenen freien Enden 25 arbeiten die Blattfedern 24 mit dem Kommutator 18 zusammen. Die Bürsten 17 sind gegeneinander isoliert im Bürstenträger 16 angeordnet und sind weiter über Zungen 26 mit den

j-i kupfernen Kernen 27 zweier Drähte 28, die durch öffnungen 29 in einem nockenförmigen Vorsprung 30 des Bürstenträgers 16 angeordnet sind, elektrisch leitend verbunden.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Bürsten 17

in weisen je zwei Bürstenelemente in Form von Blattfedern 24 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 24 und erstrecken sich im wesentlichen parallel zu denselben in einer Richtung vom Querteil 31 zu den freien Enden 25 der Bürstenelemente 24. Die Dämpfungssubstanz 22 macht mit den gegenüber den freien Enden 25 liegenden

in Enden der Blattfedern 24, mit dem Querteil 31 und den Verbindungsblattfedern 32 einen klebenden Kontakt.

Mit der in Fig.2 dargestellten Formgestaltung der Bürsten 17 wird eine Verringerung der störenden Kontaktgeräasche bezweckt, d. h. von Geräuschen, die

Ii entstehen beim Bewegen der Enden 25 der Federn 24 über den Kommutator 18. Die dabei in den Blattfedern 24 entstehenden Schwingungen werden letzten Endes über den Bürstenträger 16 auf den Lagerdeckel 4 und die übrigen festen Teile der Maschine und gegebenen-

iii falls 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 17 unnötig vergrößert werden, die genannten Schwingungen

, dennoch gezwungen werden, einen verhältnismäßig langen Weg über die mit der Dämpfungssubstanz 23 klebend verbundenen Teile 31 und 32 zurückzulegen, bevor sie den Bürstenträger 16 erreichen können. Die Intensität der Schwingungen wird durch die Dämp-

i.ii fungssubstanz inzwischen stark verringert, so daß eine wesentliche allgemeine Verringerung der Intensität des Kontaktgeräusches entsteht.

Die plastischen sowie elastischen Eigenschaften der kittartigen Dämpfungssubstanz 22 geben der in den

..· Figuren dargestellten Bürstenkonstruktion einen völlig eigenen Charakter, wobei die wirksamen Längen der federnden Bürstenelemente 24 in Beziehung zu der Frage, ob man die statischen Eigenschaften oder die

dynamischen Eigenschaften der Bürstenkonstruktion betrachtet, betrachtet werden müssen.

Auf den statischen Kontaktdruck zwischen den Kontaktoberflächen der Blattfedern 24 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 24 zugeordnet wird, bevor die Bürstenkonstruktion im 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 bestimmten Raum 23 im Bürstenträger io tritt zunächst eine gewisse Biegung der äußerst zerbrechlichen Blattfedern 24 auf. wodurch auch der statische Kontaktdruck zwischen den Federn 24 und dem Kommutator 18 beeinflußt wird. Dieser Einfluß nimmt danach jedoch ständig ab, weil die Dämpfungssubstanz sich so lange plastisch verformt, also gleichsam wegfließt, bis diese keine statischen Kräfte mehr auf die Bürsten 17 ausübt.

Betrachtet 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 24 und dem Kommutator 18 im Betrieb entstehen, sind auf diese Weise nicht nur die freie ungedämpfte Länge jeder Blattfeder von Bedeutung, d. h. der Abstand zwischen einem freien Ende 25 und dem Punkt, wo die betreffende Blattfeder zum ersten Mal einen klebenden Kontakt mil der Dämpfungssubstanz 22 macht, sondern auch die Abmessungen des übrigen Teils der Bürste. Damit ist die Möglichkeit geschaffen, die dynamischen Eigenschaften der Bürsten unabhängig von den statischen Eigenschaften zu beeinflussen.

Bei Versuchen unter reellen Verhältnissen mil Motoren 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 parallel zui Oberfläche des Kommutators 18 gedachten Bezugsfläehe gemessen. Durch Verwendung der Dämpfungssubstanz stellt es sich heraus, daß sich die mittlere Schwingungsämplitude in Vergleich zu der, die beirr Vorhandensein von Gummi auftritt, um einen Faktor ir der Größenordnung von 10 verringert.

Bei der Herstellung stellt es sich heraus, daß das Anordnen der Dämpfungssubstanz mit einfachster 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 Anforderunger berücksichtigen, die sich auf für die Verarbeitbarkeil und Verwendbarkeit wichtige Eigenschaften wie Haftfestigkeit an Metallen und anderen Materialien Konstanz der Viskosität in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur, Toxizität usw. beziehen.

Dazu wurde eine Dämpfungsmasse auf Basis vor Polyvinylazetat mit einem polymeren Weichmacher und unter Hinzufügung von Titandioxyd, Kalziumkarbonal und Ruß entwickelt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Bürstenkonstruktion für eine kleine elektrische Maschine mit einer Anzahl Bürsten, die je mit einem Kommutator oder mit Schleifringen zusammenarbeiten, wobei die jeweiligen Kontaktoberflächen der Bürsten und des Kommutators bzw. der Schleifringe federnd gegeneinander gedrückt werden und wobei weiter Dämpfungsvorkehrungen getroffen sind zum Dämpfen von Schwingungen der Kontaktoberflächen gegeneinander, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorkehrungen eine plastisch verformbare, kittariige Dämpfungssubstanz (22) umfassen, die zwischen Schwingungen ausgesetzten Teilen der Bürstenkonstrukticn und festen Teilen der Maschine angeordnet ist und daran klebend haftet

2. Bürstenkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bürstenelemente in Form von Blattfedern (17) vorgesehen sind, die sich vom eingespannten Ende her im wesentlichen parallel zu einem Gehäuseteil (4) erstrecken, und daß die Dämpfungssubstanz (22) zwischen dem Gehäuseteil (4) und dem nicht mehr eingespannten Teil der Blattfedern (17) angeordnet ist und mit den Blattfedern (17) im klebenden Kontakt steht.