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Bürstenanordnung
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Die Erfindung betrifft eine Bürstenanordnung, bestehend aus einer
kabellosen Kohlebürste und einem oder mehreren mit der Bürste mechanisch nicht verbundenen
Kontaktstück(en).
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Für Kohlebürsten, die in oder an dem Bürstenkörper durch Nieten, Einstampfen
oder Löten mechanisch befestigte Stromseile enthalten, ist es bekannt, zwischen
der Kopffläche der Bürste und dem Druckapparat des Bürstenhalters Dämpfungsglieder
etwa in Form von Scheiben oder Platten anzuordnen, um die durch eine Unrundheit
des Kommutators oder andere Unregelmäßigkeiten der Kommutator-Oberfläche verursachten
Schwingungen der Bürste zu dämpfen und den mechanischen und elektrischen Verschleiß
der Bürste und des Kommutators zu verringern. Da ber-diesen armierten Bürsten der
Strom ausschließlich über die Stromseile der Bürste zu- bzw. abgeführt wird, verwendet
man für die Dämpfungsstücke elektrisch isolierende, gummielastische Werkstoffe,
wie z.B. natürlicher oder synthetischer Gummi oder Silikonkautschuk.
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Für Bürsten, die zur Zu- und Ableitung des elektrischen Stroms keine
mit dem Bürstenkörper fest verbundene Stromseile enthalten, ist die Verwendung besonderer
Kontaktstücke, beispielsweise in Form von Federn bekannt, die
durch
geeignete Vorrichtungen auf die Kopffläche der Bürste gedrückt werden, wobei zur
Verringerung des Übergangswiderstands eine Metallschicht auf die Kopffläche aufgebracht
sein kann. Nach der DE-OS 23 16 796 ist es schließlich für diesen Zweck bekannt
ein sich in dem Kohlebürstenmaterial verkrallendes Metallgewebestück auf die Kopffläche
zu pressen. Diese Maßnahmen zur Verringerung des Übergangswiderstands zwischen Kontaktstück
und Bürste sind jedoch nicht geeignet, die Bürstenschwingungen zu dämpfen und damit
das mechanische und elektrische Verhalten der Bürste zu verbessern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden
und die Schwingungen armaturloser Bürsten und Schleifstücke zu verringern.
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Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen der
Kopffläche der Bürste und dem/den Kontaktstück(en) ein gummielastisches den Strom
leitendes Dämpfungsglied angeordnet ist.
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Als Dämpfungsglied oder Dämpfungsstück sind nach der Erfindung insbesondere
flexible Formen des Kohlenstoffs und Graphits geeignet, z.B. Graphitfolie und faserförmiger
Kohlenstoff oder ungeordnete Haufwerke metallischer Whisker oder Kurzschnittfasern,
die durch Sintern an den Berührungsstellen der Fasern untereinander fest verbunden
sind. Nach bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besteht das Dämpfungsstück
aus mehreren übereinandergestapelten Graphitfolien oder Graphitlaminat oder aus
Kohlenstoff- bzw.
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Graphitfilz oder Gewebe.
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Da der Spannungsabfall in dem Dämpfungsstück mit dessen Dicke zunimmt
und für eine ausreichende Dämpfung in der Regel eine Mindestdicke des Dämpfungsstücks
nicht unterschritten werden kann, wird nach einer weiteren bevorzugten Ausführung
der Erfindung dem als Dämpfungsglied verwendeten Graphitlaminat ein Metallpulver
zugesetzt, beispielsweise Kupfer- oder Silberplver, und damit der elektrische Widerstand
des Dämpfungsstücks verringert. Das Ausgangsprodukt des Graphitlaminats - expandierte
oder aufgeblähte Graphitpartikel - wird zu diesem Zweck mit einem Metallpulver gemischt
und das Gemisch beispielsweise in einer Gesenkpreßform zu einem Dämpfungsstück der
erforderlichen Dicke zusammengepreßt, wobei aufgrund der Scheibchenform der Graphitpartikel
ein laminierter, elastischer Körper gebildet wird. Die im wesentlichen durch die
Arbeitsbedingungen der Bürste bestimmte nötige Menge an Metallpulver beträgt zweckmäßig
etwa 30 - 50 Gew.%.
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Bei der Verwendung eines Dämpfungsglieds aus Kohlenstoff- oder Graphitfilz
ist es vorteilhaft, die Oberfläche des aus einer Vielzahl von Einzelfasern gebildeten
Filzes mit einem Metallfilm zu versehen, beispielsweise durch galvanische oder auch
stromlose Abscheidung eines Metalls aus einer Metallsalzlösung, vor allem von Kupfer
und Silber, wobei einige Mikrometer dicke Schichten besonders geeignet sind. Zur
Verringerung des Übergangswiderstandes zwischen Dämpfungsglied und Bürste und Dämpfungsglied
und Kontaktstück kann es schließlich vorteilhaft sein, die an dem Dämpfungsglied
anliegenden Flächen des Kontaktstücks und/oder der Bürste galvanisch
zu
verkupfern oder mit einer anderen Metallschicht zu versehen.
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Das Dämpfungsstück wird zweckmäßig mit dem Kontaktstück oder bevorzugt
mit der Kopffläche der Bürste fest verbunden, beispielsweise durch ein Metallot.
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Bürstenkopf mit einer das
Dämpfungsglied aufnehmenden und führenden Ausnehmung versehen, so daß besondere
Aufwendungen für Löten oder Kleben entfallen können. Eine weitere zweckmäßige Befestigung
des Dämpfungsgliedes besteht aus mit Ausnehmungen versehenen Kontaktstücken, in
welche die Dämpfungsstücke geklemmt sind. Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform
besteht das Dämpfungsglied aus zwei gummielastischen Werkstoffen mit verschiedenem
elektrischen Widerstand, wobei die Werkstoffe scheibenförmig nebeneinander angeordnet
sind.
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Durch die Verwendung von zwei Dämpfungsstoffen mit verschiedenem elektrischen
Widerstand ist es insbesondere möglich, die Stromverteilung in der Bürste zu beeinflussen
und ähnliche Effekte wie bei Schichtbürsten zu erzielen.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Bürstenanordnung besteht im wesentlichen
darin, daß die Schwingungen armaturloser Bürsten in dem gleichen Grade gedämpft
und der elektrische Widerstand sowie der mechanische Bürstenverschleiß und das Funken
der Bürsten verringert werden wie bei armierten Bürsten mit aufgesetzten Dämpfungsstücken.
Dieses überraschende Verhalten ermöglicht für zahlreiche Bedingungen die Verwendung
von Bürstenanordnungen nach der Erfindung anstelle
armierter Bürsten
und damit eine besonders einfache technische Lösung.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen,
schematischen Schnittzeichnungen und einer graphischen Darstellung erläutert. Es
zeigen: Fig. 1 eine Darstellung des elastischen Verhaltens von Graphitlaminat als
Funktion der Rohdichte, Fig. 2 eine Bürstenanordnung mit einem Druckfinger als Druckelement,
Fig. 3 eine Bürstenanordnung mit einer Schraubendruckfeder, Fig. 4 eine Bürste mit
eingelegtem Dämpfungsstück, Fig. 5 eine Bürste mit vertieftem Bürstenkopf, Fig.
6 eine Bürstenanordnung mit einem zur Aufnahme des Dämpfungsglieds geeigneten Kontaktstück,
Fig. 7 eine Bürstenanordnung mit einem Dämpfungsstück aus verschiedenen Werkstoffen.
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In Fig. 1 ist die nach ASTM F 36-66 A bestimmte Rückfederung von Dämpfungsstücken
aus Graphitlaminat als Funktion der Rohdichte dargestellt. Rückfederung und Dämpfungsverhalten
können in einfacher Weise-durch den Grad der Verdichtung der als Ausgangsmaterial
verwendeten
Schüttung aus expandierten Graphitpartikeln eingestellt
werden, wobei Zusätze von Metallpulvern die Rückfederung kaum ändern. Das elastische
Verhalten von Kohlenstoff- und Graphitfilz sowie anderer flexibler Kohlenstofformen
ist nicht wesentlich verschieden, so daß aus dieser Werkstoffgruppe Dämpfungsstücke
in einem breiten Elastizitäts- und Widerstandsbereich hergestellt werden können.
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In Fig. 2 ist 1 der Bürstenkörper, 2 das Kontaktstück und 4 das zwischen
diesen Teilen angeordnete Dämpfungsglied. Das Kontaktstück 2 ist mit einer muldenförmigen
Vertiefung 3 versehen, in welche der Druckfinger 5 eines zeichnerisch nicht dargestellten
Druckapparats eingreift und mit einer vorgegebenen Kraft das Kontaktstück gegen
das Dämpfungsglied 4 drückt, das auf die Kopffläche 6 der Bürste 1 geklebt ist.
Die Zu- bzw. Ableitung des Stroms erfolgt ebenfalls über den Druckfinger 5. Die
Anordnung gemäß Figur 3 ist bevorzugt für Kleinkohlen geeignet. Das Stromseil 7
ist fest mit dem Kontaktstück 2 verbunden, das durch die Schraubendruckfeder 8 gegen
das Dämpfungsglied 4 gedrückt wird.
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Eine besonders einfache Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt.
Ein oberer Teil der Bürste 11 ist von dem Bürstenkörper 1 abgetrennt und zwischen
beide Teile das Dämpfungsglied 4 eingelegt. Der Teil 1 hat in diesem Beispiel die
Funktion eines Kontaktstücks.
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In dem Beispiel gemäß Fig. 5 ist der Bürstenkörper 1 mit einer Ausnehmung
9 versehen, in welche das
Dämpfungsglied 4 eingelegt ist. Kontaktstück
und Stromzuführung sind im einzelnen nicht dargestellt.
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In der Ausführungsform nach Fig. 6 ist schließlich das Dämpfungsglied
4 in eine Ausnehmung 10 des Kontaktstücks 2 eingeklemmt.
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In dem Beispiel nach Fig. 7 besteht das Dämpfungsglied aus den Teilen
4 und 4'', deren spezifischer elektrischer Widerstand verschieden ist. Der Teil
4 besteht aus einem galvanisch verkupferten Kohlenstofffilz und die Teile 4 aus
Silikonkautschuk.