DE2502105A1 - Stromunterbrechende buerstehaltevorrichtung - Google Patents

Description

Patentanwälte ,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

SKIL (NEDERLAND) N.V., Konijnenberg 60, Breda

Niederlande

Stroraunterbrechende Bürstehaltevorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bürstenha-ltevorrichtung zur Unterbrechung des Stromflusses von einer Spannungsquelle zu einem Kommutator eines elektrischen Motors.

Bei bekannten Bürstenanordnungen, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 3 1o8 2o1 beschrieben sind, werden die Bürsten normalerweise von der Bürstenhaltevorrichtung gehalten, wenn sie sich bis auf eine vorgegebene Größe abgenutzt haben. Damit soll vermieden werden, daß sich die Bürsten vollständig abnutzen und daß die Feder-und Feldwicklung mit dem Kommutator in Kontakt kommen kann. Gelangt die Feder- oder Feldwicklung mit dem Kommutator in Berührung, so kann sie Löcher oder Nuten in diesen reißen,

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so daß der Motor ersetzt werden muß.

Wird die Bürste jedoch auf diese Weise gehalten, so wird ein guter elektrischer Kontakt zwischen ihr und dem Kommutator nachteilig beeinflußt. Steht die Bürste mit dem Kommutator nicht in festem Kontakt, so kann sich eine Bogenentladung bilden. Nach einer kurzen Zeit führt eine derartige Bogenentladung zu einer Temperaturerhöhung, was zu einer Zerstörung des Bürstenhalters führen kann. Bleibt die Bogenentladung weiter aufrecht erhalten, so wird der Kommutator schwer beschädigt, so daß der Motor eine irreparable Zerstörung erleidet. Daher sollte eine Bürstenhaltevorrichtung in der Lage sein, einen elektrischen Motor automatisch abzuschalten, bevor seine Bürsten bis zu einem zu Zerstörungen führenden Grad abgenutzt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur automatischen Abschaltung eines Elektromotors anzugeben, wenn die Bürsten bis auf eine vorgegebene Größe abgenutzt sind.

Die Bürstenhaitevorrichtung soll dabei einfach im Aufbau und leicht zusammenbaubar sein.

Schließlich soll die Bürstenhaltevorrichtung so beschaffen sein, daß eine Zerstörung eines elektrischen Kommutatormotors unmöglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Büsrstenhaltevorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch eine in der Haltevorrichtung vorgesehene Bürstenanordnung, welche Strom von der Spannungsquelle zum Kommutator führt,

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und durch eine Anordnung zur automatischen und sicheren Abschaltung der Spannungsquelle bei Abnutzung der Bürstenanordnung bis zu einer vorgegebenen Größe gekennzeichnet.

Gemäß einer ersten Ausführungsform wird dabei ein Band, das Strom von der Spannungsquelle führt, durch einen Bürstenarm in elektrischem Kontakt mit der Bürstenanordnung gehalten. Wenn sich die Bürstenanordnung bis auf eine vorgegebene Größe abnutzt, so tritt das Band aus dem Bürstenarm aus, wodurch der Stromfluß unterbrochen wird.

Bei einer zweiten Ausführungsform ist die Bürstenanordnung im Bürstenhalter angeordnet und durch eine Feder gegen den Kommutator gedrückt. Ein zwischen der Feder und der Bürstenanordnung angeordnetes Kontaktelement führt Strom von der Spannungsquelle zur Bürste.

Wenn sich die Bürste bis auf eine vorgegebene Größe abnutzt, so wird sie durch Drehung des Kommutators aus der Haltevorricb tungfreigegeben, wobei das Kontaktelernent durch in der Haltevorrichtung angeordnete Anschläge gehalten wird.

Bei einer dritten Ausführungsform wird eine Bürstenanordnung durch eine Feder gegen den Kommutator gedrückt. Zwischen dieser Feder und der Bürstenanordnung ist ein keilförmiger Kontakt vorgesehen, welcher Strom von der Spannungsquelle führt. Wenn die Burstenanordnung sich bis auf die vorgegebene Größe abnutzt, so wird der keilförmige Kontakt durch die Feder in einen in der Haltevorrichtung vorgesehenen Ililfskanal gedrückt, wodurch der elektrische Kontakt zur Bürstenanordnung unterbrochen wird.

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Weiterer Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. JSs zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Bürstenhaltevorrichtung, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Endansicht der Bürstenhaltevorrichtung gemäß Fig. 1 in teilweise weggebrochener Darstellung;

Fig. 3 einen der Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt, aus . dein ein Bürstenarm in Betriebsstellung ersichtlich ist;

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4~4 in Fig. 3;

Fig. 5 einen der Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt, aus dem das Band in vom Bürstenarm gelöster Form zu er-. sehen ist;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des LSandes bei der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 7 einen Längsschnitt einer Bürstenhaltevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform mit einer Bürstenanordnung in ihrer Anfangsstellung;

Fig. 8 eine Endansicht der Bürstenhaltevorrichtung nach Fig. 7;

Fig. 9 einen der Fig. 7 entsprechenden Längsschnitt, welcher das Bürstenelement und ein Kontaktelement unmittelbar vor der Unterbrechung des Stromflusses zeigt;

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- 5 Fig.1o einen Querschnitt längs der Linie 1o-1o in Fig. 9;

Fig.11 einen der Fig. 7 entsprechenden Teilschnitt, welcher die durch Drehung des Kommutators aus der Haltevorrichtung herausbewegte Bürste zeigt;

Fig.12 eine perspektivische Ansicht des in der zweiten erfindungsgemäßen Ausfuhrungsform verwendeten Kontakt elementes;

Fig.13 einen Längsschnitt einer dritten Ausführungsform einer Bürstenhaltevorrichtung;

Fig.14 eine Endansicht der Bürstenhaltevorrichtung nach Fig.13;

Fig.15 einen der Fig. 13 entsprechenden Querschnitt, welcher einen keilförmigen Kontakt zeigt, der sich aus dem Kontakt mit der Bürste zu bewegen beginnt;

Fig.16 einen Querschnitt längs der Linie 16-16 in Fig. 15;

Fig.17 einen der Fig. 13 entsprechenden Teilquerschnitt, welcher den keilförmigen Kontakt unmittelbar vor dem Unterbrechen des Stromflusses zur Bürste zeigt;

Fig.18 einen der Fig. 13 entsprechenden Querschnitt, welcher den-keilförmigen Kontakt vollständig außerhalb des Ilauptkanals der Bürstenhaltevorrichtung zeigt; und

Fig.19 eine perspektivische Ansicht des keilförmigen Kontaktes gemäß der dritten Ausführungsform.

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Die Fig. 1 bis 6 zeigen eine erste Ausführungsform einer Bürstenhaltevorrichtung 2o. Ein vorzugsv/eise aus Kunststoff hergestellter Bürstenhalter 22 besitzt einen Hauptkanal 24. Eine Schulter 26 trennt diesen Hauptkanal 24 von einer oberen Kammer 28. Innerhalb des Hauptkanals 24 befindet sich eine Kommutatorbürste 3o, welche zur Kontaktgabe mit einem Kommutator 32 eines Elektromotors dient. Ein stromführender Bürstenarm 32 ist auf ein Ende der Bürste 3o passend aufgepreßt. Eine Spiralfeder 36 drückt die Bürste und den Bürstenarm in elektrischen Kontakt mit dem Kommutator 32.

In der oberen Kammer 28 des Bürstenhalters 22 ist ein L-förmiges Band 38 vorgesehen. Ein Ende 4o dieses Bandes erstreckt sich aus dem Bürstenhalter nach außen, um mit einer nicht dargestellten Spannungsquelle einen Kontakt herzustellen. Das weitere Ende 41 befindet sich unter einem spitzen Winkel gegen die Horizontale in der oberen Kammer.· Wie Fig. 4 zeigt, ist das Band 38 so ausgebildet, daß es von einer öffnung 42 im Bürstenarm 34 aufgenommen werden kann. Ist das Band so angeordnet, so existiert ein Strompfad, ausgehend von diesem Band über den Bürstenarm 34 durch die Bürste 3o zum Kommutator 32.

Beim Zusammenbau der Bürstenanordnung ist es wünschenswert, den Bürstenarm 34 zeitweise in die in Fig. 1 dargestellte hinterste Stellung zu bringen. Zu diesem Zweck ist am Band ein Feststellanschlag 44 vorgesehen. Diese Stellung erleichtert den Zusamenbau der Vorrichtung dadurch, daß die Spiralfeder beim Einsetzen der Bürste und des Bürstenarms festgehalten wird. Nach Fertigstellung wird das Band 38 so weit hinunter gedrückt, daß der Bürstenarm 34 durch den Feststellanschlag 44 freigegeben wird. Die Vorrichtung befindet sich

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dann in der in Fig. 3 dargestellten Betriebsstellung.

Beim Betrieb desMotors nutzt sich die" vorzugsweise aus Kohlenstoff hergestellte Bürste am Kommutator ab. Diese Reduzierung der Größe wird durch Ausdehnung der Spiralfeder 36 kompensiert, wodurch ein guter elektrischer Kontakt erhalten bleibt. Die Bürste und der Bürstenhalter bewegen sich also aufgrund der Wirkung der Spiralfeder horizontal im Hauptkanal 24 gegen den Kommutator 32.

Wenn sich die Bürste auf eine vorgegebene, in Fig. 5 dargestellte Größe abgenutzt hat, so erreicht der Bürstenarm eine Stellung unmittelbar unterhalb des Endes 41 des Bandes 33, wodurch das Band aus der Öffnung 42 des Bürstenarmes freigegeben wird. Das Band ist in der oberen Kammer unter einem kleinen Winkel gegen die Horizontale angeordnet, welche ausreicht, um es vom Bürstenarm weggerichtet vorzuspannen. Wenn sich also der Bürstenarm über das Ende 41 hinaus bewegt, so bewegt sich das Band schnell aus dem Kontakt mit dem Bürstenarm, wie dies durch einen Pfeil in fig. 5 angedeutet ist. Damit wird der Stromfluß zum Motor wirksam unterbunden.

Wenn also eine Bürste eine vorgegebene Größe erreicht, so bewirkt der Bürstenhalter, daß der Motor abgeschaltet wird und abgeschaltet bleibt, bis eine neue Bürste einge-setzt ist und das Band sich wieder in der öffnung 42befindet. Damit wird eine Serstörung des Motors vermieden, welche normalerweise dadurch hervorgerufen würde, wenn eine Bürste bei weiteren Motorbetrieb vollständig abgenützt würde oder ein guter elektrischerKontakt mit dem Kommutator gewährleistet wäre.

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Fig. 8 und 12 zeigen eine zweite Ausfuhrungsform einer Bürstenhaitevorrichtung. Ebenso wie bei der ersten Ausführungsforrn wird der Strompfad zum Kommentator 32 unterbrochen, wenn die Bürste 3o sich bis auf eine vorgegebene Größe abgenutzt hat, um einen weiteren Ilotorbetrieb zu unterbinden, bis eine neue Bürste eingesetzt ist. Gemäß Fig.7 besitzt ein Bürstengehäuse 5o einen Kanal 52 zur Aufnahme einer Spiralfeder 54, eines stromleitenden Kontaktelementes 56 und einer Bürste 3o. Bei dieser Ausführungsform ist das stromführende Kontaktelement 56 nicht an der Bürste 3o befestigt, sondern lediglich zwischen die Feder und die Bürste eingesetzt. Eine Nut 58 und ein Anschlag 6o treten mit am Gehäuse 5o vorgesehenen Anschlägen 62 und 64 in Eingriff, was im folgenden noch genauer erläutert wird. Der Bürste 3o wird Strom über das Kontaktelement 56 zugeführt, das mit einem von einer Spannungsquelle kommenden Kabel 61 verbunden ist.

In Betrieb bewegen sich die Bürste und das Kontaktelement 56 bei Abnutzung der Bürste zur Aufrechterhaltung eines guten elektrischen Kontaktes gegen den Kommutator. Wenn sich die Bürste 3o bis auf die in den Fig. 9 und 1o dargestellte Größe abgenutzt hat, so befindet sie sich außerhalb des Bürstenahlters und ist daher nicht mehr gelagert. Wie Fig.11 zeigt, wird die Bürste dann aufgrunddes reibenden Eingriffs mit dem Kommutator schnell vom Bürstenhalter weggedreht. Sobald die Bürste weggeführt ist, treten die Nut 58 und der Anschlag 6o des Kontaktelementes 56 mit den Anschlägen 62 und 64 in Kontakt, wodurch eine weitere Bewegung des Kontaktelementes gegen den Kommutator unterbunden wird. Zur Unterbrechung des Stromflusses ist daher zwischen dem Kommutator und den Kontaktelementen 56 ein isolierender Luftspalt vorhanden. Um die Wegführung einer abgenutzten Bürste vom Bürsten-

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halter zu erleichtern, kann cine Kontaktfläche 6 6 zwischen dein Kontaktelement 56 und der Bürste gekrümmt sein.

Die in Fig. 11 dargestellte Bürste wird in einem Stück abgeführt. Im Bedarfsfall kann jedoch der rückwärtige Teil " der Bürste auch mit bis zu einer vorgegebenen Tiefe geschnittenen Schlitzen versehen sein. Bei dieser Ausführung hat der Kommutator die Bürste in dem in Fig. 11 dargestellten Zustand bis auf die Schlitze abgenutzt, so daß sie in einzelne Teile auseinanderbricht und in dieser Form aus dem Bürstenhalter abgeführt wird. ■

Fig. 13 bis 19 zeigen eine dritte Ausführungsform einer Bürstenhaltevorrichtung. In einem Gehäuse 7o ist ein Hauptkanal 72 vorgesehen, welcher eine Spiralfeder 74, einen keilförmigen Kontakt 76 und eine Bürste 78 enthält. An einem Ende des Gehäuses 7o ist ein Hohlraum 8o zur Aufnahme des keilförmigen Kontaktes 76 vorgesehen. Von einer Span-, nungsquelle wird Strom über ein Kabel 82, den keilförmigen Kontakt 76 und die Bürste 73 zum Kommutator 32 zugeführt.

Der keilförmige Kontakt besitzt eine abgeschrägte Bodenfläche, auf der eine isolierende Schicht 84 vorgesehen ist.

Wie Fig. 13 zeigt, drückt die Feder 74 die Bürste 78 mit dem Kommutator in Kontakt und drückt gleichzeitig den keil—· fönaigen Kontakt 76 nach oben. Bevor sich die Bürste auf eine vorgegebene Größe abgenutzt hat, verhindert ein Paar von Kanten 86 und 88 eine weitere Aufwärtsbewegung des keilförmigen Kontaktes, wobei diese Kanten an Schiultern 9o und 92 des keilförmigen Kontaktes anschlagen (Fig.19).

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- 1o Diese Kanten verlaufen parallel zur Hauptkammer.

Anfänglich ist die Feder 74 vollständig zusammengedrückt, so daß sich der keilförmige Kontakt in elektrischem Kontakt mit der Bürste 78 befindet. Wenn sich der Kontakt abnutzt, so dehnt sich die Feder aus, wodurch sich der keilförmige Kontakt und die Bürste gemäß Fig. 15 gegen den Kommutator bewegen. Wenn sich die Bürste bis auf die vorgegebene Größe abgenutzt hat, so wird der keilförmige Kontakt 76 gemäß Fig. 17 von den Kanten 86 und 88 freigegeben und beginnt sich nach oben in die Kammer So zu bewegen. Die elektrische Kontaktfläche zwischen der Bürste und dem keilförmigen Kontakt beginnt an einer Zwischenfläche 81 abzunehmen. In Fig. 18 hat sich der keilförmige Kontakt schnell und vollständig aus dem Hauptkanal in die Kammer bewegt, so daß eine Unterbrechung des Stromflusses zum Kommutator erfolgt. Die auf der abgeschrägten Fläche des keilförmigen Kontaktes vorgesehene isolierende Schicht unterbricht einen Fremdstromweg über die Spiralfeder 74 zur Bürste und zum Kommutator. Die Bewegung des keilförmigen Kontaktes aus der Kontaktstellung zur Bürste erfordert eine Sekunde höchstens, um eine Kante freizugeben und um den keilförmigen Kontakt aus dem Hauptkanal wegzustoßen.

- Patentansprüche -

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Claims (14)

1. _ 11 _

   Patentansprüche

   ( 1.jBürstenhaltevorrichtung zur Unterbrechung des Stromflusses von einer Spannungsquelle zu einem Kommutator eines elektrischen Motors, gekennzeichnet durch eine in der Haltevorrichtung vorgesehene Bürstenanordnung (3o_f 34, 78) , welche Strom von der Spannungsquelle zum Kommutator (32) führt, und durch eine Anordnung (38, 42, 76) zur automatischen und sicheren Abschaltung der Spannungsquelle bei Abnutzung der Bürstenanordnung bis zu einer vorgegebenen Größe.
2. 2. Bürstenhaltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürstenanordnung (3o, 34) eine Bürste (3o) und einen an dieser befestigten Bürstenarm (34) aufweist und daß die Abschaltanordnung (38, 42) als stromleitendes Band (38) ausgebildet ist, das zur Gewährleistung des Stromflusses vom Bürstenarm (34) gehalten und von diesem gelöst wird, wenn die Bürste (3o) sich auf die vorgegebene Größe abgenutzt hat.
3. 3. Bürstenhaltevorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadruch gekennzeichnet, daß das stromleitende Band (38) federnd vom Bürstenarm (34) weggerichtet vorgespannt ist, und· daß der Bürstenarm (34) eine Öffnung (42) zur Aufnähme des Bandes vor der Abnutzung der Bürste (3o) aaf die vorgegebene Größe aufweist.
4. 4. Bürstenhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (38) einen Feststellanschlag (44) zur zeitweisen Befestigung des Bür-

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   stenarms (34) beim Zusammenbau aufweist, wobei dieser Feststellanschlag (44) vor der Inbetriebnahme des Motors gelöst wird.
5. 5. Bürstenhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

   4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürste (3o) mit dem Kommutator (32) in Kontakt steht, und in der Haltevorrichtung derart bev/egbar ist, daß sie sich aus der Haltevorrichtung zur Unterbrechung des Stromflusses herausbewegt, wenn sich die Bürste auf die vorgegebene Größe abgenutzt hat.
6. 6. Bürstenhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

   5, gekennzeichnet durch eine die Bürstenanordnung gegen den Kommutator (32) drückende Hinrichtung(36, 54, 74).
7. 7. Bürstenhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

   6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürste (3o) durch Drehung des Kommutators (32) aus der Haltevorrichtung bewegbar ist.
8. 8. Bürstenhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

   7, gekennzeichnet durch ein Kontaktelement (56) zur Stromführung zwischen Spannungsquelle und Bürste (3o) und durch Anschläge (62, 64) innerhalb der Haltevorrichtung zur Unterbrechung des Kontaktes zwischen dem Kontaktelement (56) und dem Kommutator (32), wenn sich die Bürste aus der Haltevorrichtung bewegt.
9. 9. Bürstenhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

   8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltanordnung einen keilförmigen Kontakt (76) zur Stromleitung zwischen Spannungsquelle und Bürstenanordnung (7-8) aufweist, welcher sich bei Abnutzung der Bürstenanordnung (78) auf die vorgegebene Größe zur Unterbrechung des Stromflusses aus der Kontakt-

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   - 13 Stellung von der Bürstenanordnung (78) wegbewegt.
10. 10. Bürstenhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

    9, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bürste gegen den Kommutator (32) drückende Einrichtung (74) den keilförmigen Kontakt (76) bei Abnutzung der Bürste (78) auf die vorgegebene Größe von der Bürste wegbewegt, und außer Kontakt bringt.
11. 11. Bürstenhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

    10, dadurch gekennzeichnet, daß eine iTläche des keilförmigen Kontaktes (76) elektrisch isoliert ist, um einen Stromfluß durch die die Bürste gegen den Kommutator (32) drückende Einrichtung (74) zur Bürste (78) zu vermeiden, wenn der keilförmige Kontakt (76) nicht mit der Bürste

    (78) in Kontakt steht.
12. 12. Bürstenhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis ·

    11, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bürste gegen den Kommutator (32) drückende Einrichtung (36, 54, 74) as als Feder ausgebildet ist.
13. 13. Bürstenhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

    12, gekennzeichnet durch einen die Bürste (78), den keilförmigen Kontakt (76) und die Feder (74) enthaltenden Hauptkanal (72), und einen mit dem Hauptkanal (72) in Verbindung stehenden Hilfskanal (8o), in den die Feder (74) den keilförmigen Kontakt (76) zur Unterbrechung des Stromflusses aus dem Hauptkanal

    (72) drückt.
14. 14. Bürstenhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

    13, dadurch gekennzeichnet, daß der keilförmige Kontakt

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    (76) durch ein Paar von im Hauptkanal (72) vorgesehenen Kanten (86, 80) in diesem solange gehalten ist, bis sich die Bürste (78) auf die vorgegebene Größe abgenutzt hat.

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