DE2837413A1 - Elektrisches drehgelenk oder elektrische maschine - Google Patents

Description

PATENTANWALT

Dipl.-Ing. Wolfgang K. Reuh

51 AACHEN

Str. 35 - TeJ. 5 6452

poitsohsckkonto ICiMn »57 87-501 •n*dn«r Ä««k Aithen UlJ Mt

Anmelder: THE CONTINENTAL GROUP, INC» NEW YORK N=Y. 10017,USA

Priorität: USA 9.Sept. 1977 Ser.No= 831 976

Bezeichnung: Elektrisches Drehgelenk oder elektrische Maschine

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Drehgelenk oder eine elektrische Maschine, bestehend aus einer in einem umlaufenden Rotofc angeordneten, ortsfesten Statornabe, die auf ihrem Umfang mindestens eine mittels Federn radial gegen die innere Mantelfläche des Rotors gedrückte Bürsteneinheit trägt, die ihrerseits in einer Vertiefung der Statornabe aufgenommen ist.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine verbesserte Befestigung der Bürsten in derartigen Vorrichtungen»

Bei bekannten elektrischen Drehgelenken haben die Bürsten zentrischa Vorsprüngs oder Zapfen an ihren Stirnseiten. Diese VorsprUnge oder Zapfen sind in an der Statornabe vorgesehenen Nuten aufgenommen, die es den Bürsten gestatten, sich radial frei zu bewegen, während sie zugleich die Bürsten daran hindern, mit dem Rotor umzuiau-Pan ο Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus der US-PS 3 596225 bekannt»

Bei einer solchen Bürstenbefestigung hat die vom Ro^or auf den Bereich der Vorderkante der. Bürste einwirkende Reibungskraft das Ba-

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streben, die Bursts um ihre Mitte so zu kippen, daß im Bereich des? Vorderkante der Bürste ein den Durchschnittsdruck übersteigender An» preßdruck gegen den Rotor vorliegt, mährend dieser am rückwärtigen Ende der Bürste geringer ist, als der Durchschnittsdlruck ° Hieraus ergibt sich ein unerwünschter einseitiger Bürstenverschleiß, so daß die Bürsten.häufiger als üblicherweise vorgesehen ausgetauscht werden müssen ο

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Bürstenbefesti= gung so vorzusehen, daß die Bürsten einem möglichst gleichförmigen Anpreßdruck gegen den Rotor und damit auch einem gleichförmigen Verschleiß ausgesetzt sind.

Die Erfindung uiird darin gesehen, daß neben der in Drehrichtung vorderen Kante jeder Bürsteneinheit ein erstes Sperrglied angeordnet ist, das mit einem zweiten, an der Statornabe angeordneten Spsx-x» glied zusammenwirkend eine Radialbewegung der Vorderkante der Bürsteneinheit behindert.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Un te it Einsprüchen,

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung an Ausführungs= beisRielan näher erläutert und zwar zeigen:

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Fig.1 eins perspektivische Ansieht day Statornaba eines umlaufenden elektrischen Gelenks mit in bekanntes¹ Weise daran befestigten Bürsten,

Fig.2 einen teiluieisein, vergrößerten Querschnitt duroh die Statornabe der Fig„ 1,

Fig_o3 eine Stirnansicht aines Teiles einer Statornabe der Fig„ 1 mit eines- Bürstenbefestigong nach der Erfindung,

Fig_o4 eine schematische Stirnansicht der Bürstenbefestigung·nach Fig_o3,

Fig_o5 eine schematische Stirnansichx; einer abgewandelten Bürsten= befestigung und

Fig.6 eine schematische Stirnansicht einer weiteren Abwandlung einer Borstenbefestigung»

Fig» 1 zeigt im Einzelnen eine Statarnabe 10 eines umlaufenden elektrischen Drehgelenks oder einer elektrischen Maschine. Um diesse Statornaha kann ein nicht dargestellter Rotor umlaufen» Die Statornabe 10 besitzt an ihren Stirnenden radiale Flanschen 12, die so ausgebildet sind,daß sie eine Vielzahl von über ihren Umfang verteil tan Nuten 14 aufweisen« Mit jedem Satz Wutan fluchtet eine Bürsteneinheit 16° Jede Bürstaneinheit 16 hat einen Schuh 18, an dessen Außenseite eine Bürste 20 befestigt ist» Die Verbindung zwischen Schuh und Bürste erfolgt zweckmäßig mit einem elektrisch hochlaitfähigen Lötmittel., Verschlissene Bürsten uierden einfach dadurch ersetzt, daß sie so stark erhitzt werden, daß das Lötmittel schmilzt und eine neue Bürste 20 am Schuh 18 angelötet werden kann. Die

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--fr. ^
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Schuhe 18 bestehen vorzugsweise aus Kupfer, mährend dia Bürsten 20 aus Silbergraphit bestehen, wenngleich auch andere._Metalle und Le» gierungen verwendbar sind.

Bürst'eneinheit 16 wird gegen Drehung um die Statornabe 10 dadurch gesichert, daß der zugehörige Schuh 18 an seinen Stirnwänden zentrische Morsprünge oder Zapfen 22 hat, die in die Nuten 14 ra= gen.

Wie Fig« 2 gut zeigt, wird jede Bürsteneinheit 16 durch mindestens eine zentrale Feder 24 radial nach außen gedrückt» Um die Vorsprung ge oder Zapfen 22 in ihren entsprechenden Nuten 14 zu halten, ist an jedem Ende der Statornabe 10 e3,n geigneter Rockhalter 26 befestigt, der jeweils ein Teil aufweist, das die Nut 14 und den darin aufgenommenen Uorsprung oder Zapfen 22 übergreift smd seine radiale Beujegungsmöglichkeit begrenzte

Wie Fig» 2 . ferner zeigt, ist ein um die Statornabe 10 umlaufende:? Rotor 30 vorgesehen, der mit den Bürsten 20 in Reibverbindung stehte Um die erforderliche elektrische Energie yon den Bürsten 20 auf den Rotor 30 zu übertragen, ist es erforderlich, daß die Bürsten· .20 mit der inneren Mantelfläche des Rotors 30 in Reibverbindung stehen* Dies hat jedoch zur Folge, daß auf jede Bürsteneinheit 16 Raibkräfte einwirken, die die Bürsteneinheit zu kippen suchen, so daß die Vorderkante der Bürste 20 stärker gegen den Roter angedrückt uii?d,. als die rückwärtige Kante der Bürste ₀ Insbesondere uierden auch die in

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den Nuten 14 aufgenommenen Vos-sprüngo odor Zapfen 22 gegen die rianschen 12 gedrückt und bilden für die Bürste eine Kippachse_o

Wie Fig= 2 schematiech zeigt, wirkt die resultierende Schubkraft F . allgemein tangential und kann in eine waagerechte und ir> eine lotrechte Komponente F. und F zerlegt werden. Das Kippen der Bürstan bewirkt eine aus der lotrechten Schubkraftkomponente F und einem Hebelarm C gebildetes Drehmoment F C. Andererseits wird die waagerechte Schubkraftkompnente F. durch die Reaktion des Vorsprunges otiep Zapfens 22 gegen den Flansch 12 aufgehoben. Das Ergebnis ist, daß die Vorderkante jeder Bürsteneinheit 16 sich bei dieser bekannten Anordnung stärker gegen die innere Mantelfläche das fio·- tors 30 anpreßt, wodurch der Anpreßdrucl^ und damit auch der VerschleJ der Bürste nahe ihrer Vorderkante verstärkt und die Lebensdauer der Bürste herabgesetzt uierdeno

Gemäß der Erfindung wird dagegen die Lebensdauer der Bürste dadurch beträchtlich verlängert, daß einfach an jeder Stirnseite jedes Schuhes 1B neben der Vorderkante der betrsffenderi Bürsteneinheit ein weiterer Vorsprung oder Zapfen 32 zugefügt wird. Dieser Vorsprung oder Zapfen 32 hat eine abgerundete Kante 34 und greift mit dieser an einer als zweites Sperrglied dienenden radialen Führungeflache 36 an. Diase FübrumjsPläche 36 kann eine Fläche des zugeordneten Flansches 12 sein oder aus einem an diesem Flansch angebrachten Teil bestehen. Dir Zuordnung des Vorsprunges oder ZajjfBfte 32 mte\? ■,. _w erstem Sperrglied und der Führungsflache 36 als zweitem Sperrglied

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muß jedenfalls so sein, daß die Vorsprung^ oder Zapfen 32 den einzigen Widerstand der Bürsteneinheiten 16 gegen eine Drehbewegung bewirken und die Varsps-ünga oder Zapfen 22 nicht an den Flanschen angedrückt werden» So bildet die Berührung zwischen den abgerundetes : Kanten 34 der Vorsprünge oder Zapfen 32 und der Führungsflache 36 die jeweilige Kippachse der Bürsteneinheiten 16„

Durch die Hinzufiigung dieses Sporrglieder an jeder Bürateneinheit.. nahe der vorderen Bürstenkante und durch geeignete Federkraft wird somit ein gleichförmiger Anprefldruck zwischen Bürste 20 und Rotor 30 erzia.lt.

Der von den Vorsprüngen oder Zapfen 32 und den Führungsflächen 36 ausgeübte Zwang hebt das bisherige Drehzentrum und damit das oben erwähnte Drehmoment F C auf j das den ungleichförmigen Anpreßdruck der Bürste verursachte ο Die Feder 24 orzeugt weiterhin die nach außen wirkende radiale Druckkraft,, Da din Feder jedoch mit Abstand von der Zwanglaufetelle der Bürste angeordnet ist, drückt sie nun die Bürste 20 gleichförmig gegen die zugehörige Innenmantelfläche des Rotors 30. .

Obgleich es erwünscht sein kann, die Fader 24 wie bisher mittig an der Bürst.eneinheit 16 anzuordnen, kann es auch vorteilhaft sein, sie •n einer anderen Stelle vorzusehen. So zeigt Fig. 5, daß die Feder 24 in Umfangsrichtung-verschoben nun nahe der rückwärtigen Kante dar Bürste 20 exzentrisch an der Bürsteneingeit 16 angreift. Da die

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-τ =

Ziuanglaufstelle an de se Büsste nahe ihrer Vorderkante liegt, bewirkt diese abgewandelte Federanordnung eine noch gleichförmigere Anpsras·= sung der Bürste gegen den RotdtO

Fig. 6 zeigt eine uieitera Abwandlung άβτ Anordnung der Bürsten einheit 16o Anatalla .einer Einzelfaden oder einer Reitje von Einzalfa·= dern 24 sind hier zusei Federn 40,42 vorgesehen» Diese Federn 40,42 sind exzentrisch zur Mitte der Bürstaneirthoit 16 angeordnet, uiebai dia Feder 40 an dar Vorderkante und die Fader 42 an dar rückwärtigen Kante der Bürsteneinheit 16 angreift*. Obgleich die Federn 40,42 die gleiche Federstärke haben können, ist as vorteilhafter, mann die Federstärke der rückwärtigen Feder 42 größer ist, als diejenige der vorderen Fader 40. Auf diese Weise kann jedes Bestreben, die Vorderkante der Bürstenainhait 16 durch die Reibungskraft gegen den Rotor 30 zu drücken, dirch den Unterschied der Faderkräfte der Federn 40, 42 ausgeglichen werden ο

Obgleich hiar nur einzelne Federn 40,42 ermähnt sind, gilt dies abhängig von der axialen Abmessung dar Bürsteneinheit 16 auch für Reihen mit mehr als jeweils einer Fader 40 bzui. 42„

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Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE

   lektrisehgs Drehgelenk ader elektrische Maschine, ^—S aus einar in ainem umlaufenden Rotor angeordneten Statornab'e, die auf ihrem Umfang miiniasteiss aine i>iü:fcoLs radial gegen die innat-o MantelflSchö de« No tu rs» t>tiihütik <·..;, Bwjrafc;n·! einheit trägt, die ihrerseits in einar VgjrfciaFuirtg du:*· yhiitoim^b« aufgenommen ist, d a d u, r ti h g a k α η η t a χ t h η β t,. daß neben ύοε in Orehrichtung wordoiB« Kante' jedax- fitiriä+.anoinhait (16) ein erstes Sperrglied (32) angeordnet ist, das mit einem zweiten, an dar Statarnabe (1O) angeordneter* Spoirsgllöd (36) zu·', sammeniuirkend eine Radialbeiaegung der Uordarkante des; Büratenainheit (16) behinderto
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gakannzo i-chnet, daß das erste Sperrglied (32) aus an den Stirnseiten der Bürsteneinheit (16) befindlichen Voysprüngen odai- Ziipfen (32) un<J das zweite Sperrglied (36) aus an der Statarnabe (iO) radialen Führungsflächen (36) bestehen, an denen dtis erste glied (32) in Umfang9richtung angreifte
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d υ r c h »j e k β π η-zeichnet, daß das erste und zweite Sperrglied (32,36) gleitbar aufeinander abgestützt sind,

   A« Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem zweiten Sperrglied (36)

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   abgestützten Kantsn (34) das erstan Spe^rgliades (3>i) abgerundet sind ο

   !?., VoJTc¹ Jlahfcmng nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g a kennzeichnet, daß jode Bürateneinheit (16) eirtöin die Bürste (2ö) tragendem Schuh (18) aufweist und daß die erster,! Sperrglied«}? (32) am Sohuh (18) befestigt

   6„ Worrichtung mach einem dar Ansprüche 1 bis 5_S dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (24) mittig an jadas Bürsteneinheit (16) angreifen ο

   Vorrichtung nach einem dar Ansptücha 1 bis 5, dadurch gekennzeiefcjriet, daß dia Federn (24) in Richtung zum rückwärtigen Ende der Bürstaneinheit (16) versetzt angeordnE sind»

   a„ Uür3?iGhtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei (Reihen von) ra= dial wirkenden Federn (40,42) mit Abstand voneinander und exzant s-isch zur Mitte der jeweiligen Bürsteneinheit (16) auf dem : Umfang dar Statcrnabe (1ü) angeordnet sind, wobei die eine (40) .nahe der Vorderkante und die andere (42) nahe der rückwärtigen Kante der Bürsteneinheit (16) vorgesehen sind-

   Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekannzei chn e t, daß die Federst^ärke der nahe der rückwärtigen Kants der Bürstsne.lnheit (16) angreifenden Feder (42) größer ist, als die-

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