DE3725580A1 - Buerstenstromabnehmer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bürsten­ stromabnehmer, d. h. eine Bürstenarmeinrichtung für einen Motor, der so aufgebaut ist, daß ein feldtragen­ des Motorgehäuse (ein Gehäuse, daß beispielsweise Magnetfeldeinrichtungen trägt) mit einem Gehäusedeckel in Eingriff gebracht wird, an welchem der Bürstenstrom­ abnehmer befestigt ist. Im erfindungsgemäßen Bürsten­ stromabnehmer werden Positionsänderungen der Bürsten verhindert, indem die die Bürsten halternden Bürsten­ arme im wesentlichen starr und unbiegsam ausgebildet sind und indem der den Kohlebürsten zugeführte elektri­ sche Strom nicht über die Bürstenpaare haltende Arm­ halter zugeführt wird, sondern über separat vorgesehene elektrisch leitende Glieder, um auf diese Weise die Leistungseinspeisung in die Kohlebürsten oder auch Schleifkohlen sicherzustellen.

In der Fig. 8 ist eine Anordnung dargestellt, die als Grundlage für die vorliegende Erfindung in Betracht gezogen wurde. Die Figur stellt einen Zustand dar, in dem ein Teil des Bürstenstromabnehmers eines Motors in Axialrichtung des Motors gesehen dargestellt ist. Die Bezugszahl 1 bezeichnet einen Kommutator; 2 eine Kohle­ bürste oder Schleifkohle, die in Kontakt mit dem Kom­ mutator 1 steht; 3 einen Bürstenarm; 4 einen Armhalter als Teil des Bürstenarms 3; 5 einen Armführer; 6 eine Feder, die gegen den Bürstenarm 3 drückt; 7 einen Feder­ halter oder Federrückhalter; 9 einen Gehäusedeckel; und 10 ein Lager.

Der Bürstenarm 3 wird durch die Feder 6 angestoßen, und infolgedessen wird die Kohlebürste 2 im Kontakt mit dem Kommutator 1 gezwungen, und der Armhalter 4 wird in zuverlässigen Eingriff mit dem Armführer 5 gebracht. Der Armführer 5 und der Federhalter 7 sind, zu einem Anschluß hinleitend aneinander befestigt. Infolgedessen können zwei Leistungseinspeisungspfade, d. h. Stromzuführ­ pfade für die Bürstenarme 3 vorhanden sein: einer über die Feder 6 und der andere über den Armführer 5 und den Armhalter 4. Der Armführer 5 ist von zylindrischer Form, und der Armhalter 4 weist einen solchen virtuellen halbkreisförmigen Querschnitt auf, daß er mit dem Arm­ führer 5 in Eingriff steht, d. h. diesen berührt.

Die beschriebene übliche Anordnung weist im Hin­ blick auf die Realisierung eines Hochleistungsmotors die folgenden Probleme auf.

Der zylindrische Armführer 5 und der Armhalter 4 mit halbkreisförmigem Querschnitt sind miteinander in Eingriff und werden mittels der Feder 6 in einen festen Eingriff gezwungen. Der Armführer 5 dient als Teil der Leistungseinspeisungseinrichtung, und der Punkt, an welchem der Armhalter 4 in Kontakt mit dem Armführer 5 gezwungen ist, dient als eine Art von elektrischem Kon­ takt. Wird der elektrische Kontakt aufgrund von Infil­ trationen von Schmutz oder anderen Fremdkörpern abge­ trennt, können infolgedessen Funken erzeugt werden, die aus der Abnutzung und Abfragung des Kontakts resultieren. Hierdurch würden gegebenenfalls Kontaktablösungen, Vi­ brationen und Erschütterungen hervorgerufen, die zu verschlechterten Motoreigenschaften führen würden.

Wenn der Armführer 5 gut angepaßt und satt anlie­ gend am Armhalter 4 angreift, so können theoretisch zu­ mindest keine Probleme entstehen. Jedoch ist in der Praxis ein unvollkommener und schlechter Eingriff zwischen dem Armführer 5 und dem Armhalter 4, wie in Fig. 9 dargestellt ist, unvermeidlich. Die Fig. 9(A) und (B) sind Hilfsdar­ stellungen zur Erklärung des Vorliegens des schlechten Eingriffs, wobei für eine deutliche Darstellung dieser in der Zeichnung etwas übertrieben dargestellt wurde. Der maximale Abstand oder das maximale Spiel zwischen dem Armführer 5 und dem Armhalter 4 ist durch d ange­ zeigt. Fig. 9(A) zeigt den Bürstenarm 3 in einer Stel­ lung, in der er seine tiefliegende Grenzstellung ein­ nimmt, während Fig. 9(B) den Bürstenarm in seiner höchst­ liegenden Grenzstellung zeigt.

Aus diesen Eingriffsstellungen können sich die folgen­ den Probleme ergeben.

• 1. Unerwünschte Positionsänderungen oder -verschie­ bungen der Kohlebürste auf der Kommutatoroberfläche.

Es sei angenommen, daß der Kommutator aus Fig. 8 im Gegenuhrzeigersinn rotiert. Wenn der Kommutator 1 beginnt sich zu drehen, so wird infolge der resultie­ renden Reibungskraft auf die rechts gelegene Kohlebürste 2 eine nach oben gerichtete Zugkraft ausgeübt, und auf die linke Kohlebürste 2 wird eine nach unten gerichtete Zugkraft ausgeübt. Fährt der Kommutator 1 fort, zu rotie­ ren, so suchen beide Bürsten 2, ziemlich unregelmäßig und ungleichförmig, ihre jeweiligen ursprünglichen Stel­ lungen wieder einzunehmen. Infolge dieses Phänomens neigt der Bürstenarm 3 dazu, unregelmäßig und ungleichmäßig die in den Fig. 9(A) und 9(B) gezeigten Zustände zu wechseln. Infolgedessen ändert auch die Kohlebürste 2 ihre Position auf der Oberfläche des Kommutators in einer sogenannten sägenden Bewegung, mit der Konsequenz, daß Funken erzeugt werden, wodurch sich große Schwierigkei­ ten bezüglich der Erzielung eines Hochleistungsmotors stellen.

• 2. Eine instabile Motorfunktion, d. h. Motorarbeitsweise aufgrund von schlechtem und unvollkommenem Kontakt zwischen dem Armführer und Armhalter.

Wie in (1) oben beschrieben, wechselt der Bürsten­ arm 3 ungleichmäßig die in den Fig. 9(A) und (B) gezeig­ ten Zustände bzw. Stellungen, so daß der Kontaktpunkt oder die Kontaktstelle zwischen dem Armführer 5 und dem Armhalter 4 ebenfalls ungleichmäßig fluktuiert. Im Leistungseinspeisungspfad über den Armführer 5 und den Armhalter 4 ist der elektrische Kontakt zwischen beiden kontinuierlich Schwankungen unterworfen und wird gradu­ ierlich in dem Maß verschlechtert, wie die Positionsbe­ ziehung zwischen dem Armführer 5 und dem Armhalter 4 unerwünschtermaßen fluktuiert. Dies führt auch zu ver­ schlechterten Motoreigenschaften.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu­ grunde, ausgehend von den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1, einen Bürstenstromabnehmer anzugeben, in dem die zuvor beschriebenen Nachteile beseitigt sind.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patent­ anspruchs 1 gelöst.

Durch die Erfindung wird ein Bürstenstromabnehmer, d. h. eine Bürstenarmeinrichtung für einen Motor geschaffen, der so aufgebaut ist, daß ein feldtragendes Motorgehäuse mit einer Gehäuseabdeckung in Eingriff gebracht wird, an der der Bürstenstromabnehmer befestigt ist. Der Bürsten­ stromabnehmer weist auf: Armführer, die am Gehäusedeckel angebracht sind, Kohlebürsten zur Herstellung eines Gleit­ kontakts zu einem Kommutator, Bürstenarme, die an ihrem einen Ende die Kohlebürsten tragen und an ihrem anderen Ende mittels der Armführer drehbar gehalten sind, Arm­ halter, die mittels der Armführer der Bürstenarme dreh­ bar gehalten sind, Federhalter, die fest und unbeweglich am Gehäusedeckel befestigt sind, und Federn, die an einem ihrer Enden in Kontakt mit den Federhaltern sind und am anderen Ende in Kontakt mit den Bürstenarmen. Die arme der Bürstenarme sind im wesentlichen starr und unbiegsam ausgebildet. Die Armhalter weisen eine solche Querschnittsform auf, daß sie in einem Kontakt­ bereich zwischen den Armhaltern und den Armführern zwei einander schneidende Tangenten aufweisen, die sich in die Richtung erstrecken, in der die Armhalter in Kontakt mit den Armführern stehen. Hierdurch wird elektrische Leistung, d. h. Strom zu den Kohlebürsten nicht über die Armführer sondern über gesondert vorgesehene elektrisch leitende Glieder eingespeist, so daß ungleichmäßige Änderungen des Kontaktbereichs zwischen Armführern und Armhaltern eliminiert sind und zudem eine sichergestellte Stromeinspeisung in die Kohlebürsten gewährleistet ist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Bürstenstromabnehmer ringförmige Vorsprünge auf den Umfangsflächen der Armführer auf.

Ferner wird ein Bürstenstromabnehmer angegeben, in welchem auf den Armhaltern Vorsprünge vorgesehen sind.

Weiterhin können die elektrisch leitenden Glieder im Bürstenstromabnehmer bewegliche Anschlußkabel oder Anschlußlitzen (sogenannte Pigtails) sein.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Armführer des erfindungsgemäßen Bürstenstromabnehmers aus einem elektrisch nichtleiten­ dem Material hergestellt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeich­ nungen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Ausle­ gung der Erfindung,

Fig. 2 bis 4 vergrößerte Ansichten der erfin­ dungsgemäßen Bürstenarmeinrichtung,

Fig. 5 bis 7 Ansichten, die weitere Ausführungs­ beispiele darstellen,

Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung, die eine Konstruktion verdeutlicht, die als eine Grundlage für die Erfindung in Betracht gezogen wurde, und

Fig. 9 eine schematische Hilfsdarstellung zur Erklärung der bei der Konstruktion aus Fig. 8 auftreten­ den Probleme.

In Fig. 1 ist die Erfindung dargestellt. Dabei stellt diese Figur einen Zustand dar, in welchem ein Teil der Bürstenarmeinrichtung für einen Motor, der so konstruiert ist, daß ein feldtragendes Motorgehäuse (ein Motorgehäuse, das beispielsweise Magnetfeldeinrichtungen trägt und hal­ tert) mit einem Gehäusedeckel in Eingriff ist, auf dem die Bürstenarmeinrichtung angebracht ist, in Axialrichtung des Motors betrachtet dargestellt ist. Dabei geben in den Figuren angezeigte Bezugszahlen die folgenden Elemente an.

•  1 Kommutator
   2 Kohlebürste
   3 Bürstenarm
   4 Armhalter
   5 Armführer
   6 Feder
   7 Federhalter
   8 elektrisch leitendes Glied
   9 Gehäusedeckel
  10 Lager

In der Erfindung ist der Armhalter 4 oder auch Arm­ rückhalter 4 in seiner Querschnittsform im wesentlichen U-förmig ausgebildet, so daß der Armhalter 4 an zwei Punkten (im Querschnitt betrachtet) am Armführer 5 an­ greift. Mit dieser Anordnung kann das vorab beschriebene Problem (1) der unerwünschten Positionsänderungen der Kohlebürsten oder auch Schleifkohlen auf der Kommutator­ oberfläche gelöst werden. Darüber hinaus wird in der Er­ findung der Kohlebürste 2 oder dem Bürstenarm 3 Leistung mittels eines elektrisch leitenden Gliedes 8 wie bei­ spielsweise eines beweglichen Anschlußkabels oder einer Anschlußlitze, zugeführt, welches an einen geeigneten Punkt angeschlossen ist (beispielsweise an den Armhalter 4), indem die Funktion des Armführers 5 auf die Funktion der Halterung und Abstützung des Armhalters 4 beschränkt ist, ohne die Leistungseinspeisungsfunktion zu stellen. Auf diese Weise kann das Problem des Abriebs oder der Abnutzung aufgrund von thermischen und elektrischen Fak­ toren vermindert werden, die aus Infiltration von Schmutz oder anderen Fremdkörpern zwischen dem Armführer 5 und dem Armhalter 4 resultieren, sowie die Ausbildung von isolierender Substanz, wie beispielsweise Oxiden. Das zuvor beschriebene Problem (2) der instabilen Motor­ funktion aufgrund von schlechtem Kontakt zwischen Arm­ führer und Armhalter kann infolgedessen gelöst werden.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Aus­ führungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bürstenarmein­ richtung. Der Armhalter 4 ist im Querschnitt gesehen im wesentlichen U-förmig ausgebildet, wobei die oberen und unteren Seien dieser U-Form zu deren Mund hin eher geringfügig etwas geöffnet sind, als daß sie parallel verlaufen. In dieser Anordnung wird der Armhalter 4 ver­ anlaßt, sich unter der Federwirkung der Feder 6 in Richtung auf den Armführer 5 zu bewegen. Wenn der Arm­ halter 4 eingreift und in seiner Stellung festgesetzt ist, geraten die oberen und unteren Seiten des Arm­ halters 4 in Kontakt mit dem Armführer 5 und zwar jeder an einem Punkt (P _O , P _O′ ). Auf diese Weise ist ein Zwei­ Punkt-Kontakt sicher und positiv bewirkt. Da der Arm­ halter 4 am Armführer 5 durch diesen Zwei-Punkt-Kontakt angreift, kann ein außerordentlich stabiler Eingriff realisiert werden, ohne daß die Gefahr von Kontaktab­ lösungen, Vibrationen und Erschütterungen auftritt. Auf diese Weise werden unerwünschte Positionsänderungen und -verschiebungen der Kohlebürsten 2 auf der Kommuta­ toroberfläche eliminiert.

Fig. 3 zeigt einen Zustand, in welchem der Bür­ stenarm 3 aufgrund von Abnutzung der Kohlebürste 2 dazu veranlaßt wird, sich seitwärts zu verschieben oder zu verstellen (wie es bereits in Fig. 1 durch die ge­ strichelte Linie angedeutet ist). Auch wenn der Bürsten­ arm 3 seitwärts verschoben ist, wird durch den Zwei-Punkt- Kontakt ein stabiler Eingriff, d. h. eine stabile Berüh­ rung aufrechterhalten, obwohl die Kontaktpunkte zu den Punkten P ₁ und P ₁, verschoben sind.

Da die Leistung mittels einer elektrisch leiten­ den Gliedes 8 zugeführt ist, wie eines beweglichen Anschlußkabels oder einer Anschlußlitze, welches an die Kohlebürste 2 oder den Bürstenarm 3 angeschlossen ist, beeinflußt der Zustand des Kontakts zwischen dem Arm­ halter 4 und dem Armführer 5 nicht die Leistungseinspei­ sung. Auf diese Weise ist eine einwandfreie Leistungs­ zufuhr gewährleistet, was wiederum zu einer stabilen Motorfunktion führt, da das elektrisch leitende Glied 8 mit der Kohlebürste 2 oder dem Bürstenarm 3 verbunden ist, wodurch eine gute und stabile elektrische Verbindung ausgebildet ist.

1. Aufbau des Armführers 5

Die Form des Armführers 5 ist nicht auf die im Aus­ führungsbeispiel gezeigte zylindrische Form beschränkt, sondern kann jede beliebige Form aufweisen, sofern diese in Zusammenwirkung mit dem Armhalter 4, der im Quer­ schnitt im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist, den Zwei-Punkt-Kontakt ausbildet. (Der Armführer 5 zylindri­ scher Form, der, im Querschnitt betrachtet augenschein­ lich einen Zwei-Punkt-Kontakt ausbildet, kontaktiert den Armhalter 4 tatsächlich in einer Linear-Kontaktweise.)

Die Form des Armführers 5 kann von zylindrischer Form sein, wobei auf der äußeren Umfangsfläche des Arm­ führers eine geeignete Anzahl von ringförmigen Vorsprün­ gen 5 a vorgesehen sind, an denen der Armführer 5 den Armhalter 4 kontaktiert. Die Fig. 5 und 6 zeigen ein solches Ausführungsbeispiel. Die Fig. 5 zeigt eine de­ taillierte Ansicht des Kontaktbereichs zwischen dem Armführer 5 mit ringförmigen Vorsprüngen 5 a. Die Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht der wesentlichen Teile hiervon. In den Fig. 6(A) und 6(B) sind vergrößerte Querschnitte entlang der Linien A-A und B-B aus Fig. 5 gezeigt. Mit dieser Anordnung wird ein klarer, reiner und scharfer Kontakt zwischen den ringförmigen Vor­ sprüngen 5 a und dem Armhalter 4 bewirkt. Bei der Erfin­ dung in welcher der Armführer 5 nicht als ein Teil des Leistungseinspeisungspfades dient, sondern nur dazu verwendet wird, den Armhalter 4 starr und fest ohne Krümmungen oder Durchbiegungen zu halten, ist das Ma­ terial des Armführers 5 nicht auf ein elektrisch lei­ tendes Material beschränkt, wie beispielsweise ein Me­ tall, sondern es kann jedes andere nichtleitende Material, wie beispielsweise Keramiken, verwendet werden. Ist der Armführer 5 aus elektrisch leitendem Material hergestellt, so wird selbstverständlich Vorsorge getroffen, um zu verhindern, daß die Leistungseinspeisung von der Versor­ gungsquelle zum Armhalter 4 über den Armführer 5 statt­ findet.

2. Aufbau des Armhalters

Der Armhalter 4 von im wesentlichen U-förmigem Quer­ schnitt, in welchem die oberen und unteren Seiten derart geneigt sind, daß sie zum Armhaltermund hin leicht offen sind und zu den unteren Enden hin schmaler verlaufen, kann seine Funktion zufriedenstellend erfüllen. Ferner sind infolgedessen die oberen und unteren Seiten des derart geformten Armhalters nicht auf eine linear ge­ neigte Form beschränkt, sondern können auch so geneigt oder gebogen sein, daß sie einen leicht kreisförmigen Bogen konkav nach unten oder konvex nach oben beschrei­ ben.

Im Vorhergehenden wurde ein Armführer 5 mit ring­ förmigen Vorsprüngen 5 a beschrieben. Anstelle dieser Ausbildung kann auch eine geeignete Anzahl von Vorsprün­ gen 4 b auf der Innenseite der Ober- oder Unterseite, oder der Oberseite und Unterseite des Armhalters 4 vom unteren Ende seines U-förmigen Querschnitts bis zu des­ sen Öffnung hin vorgesehen werden. Fig. 7 zeigt einen derartigen Armhalter 4, der auf beiden Seiten solche Vorsprünge 4 b aufweist.

3. Befestigungsposition der Feder

Wie in Fig. 4 dargestellt, kann die Feder auf einer bezüglich der in Fig. 2 gezeigten Feder entgegengesetzten Seite angebracht werden. Die Fede kann dabei von be­ liebiger Art, einschließlich einer Schrauben- oder Spiral­ feder sein.

Wie zuvor beschrieben, ermöglicht die vorliegende Erfindung einen stabilen Eingriff und Kontakt des Bür­ stenarmes 3 mit dem Armführer 5 zu erzielen, wobei uner­ wünschte Positionsänderungen der Kohlebürste 2 auf der Kommutatoroberfläche vermieden sind. Dies führt wiederum zur Vermeidung und Beseitigung von Funken, mit deren Erzeugung aufgrund von solchen Positionsveränderungen zu rechnen ist. Auf diese Weise kann eines der Hinder­ nisse, die sich bei der Realisierung eines Hochlei­ stungsmotors stellen, überwunden werden. Die Leistungs­ einspeisung, d. h. die Stromzufuhr zum Bürstenarm 3 ist stabilisiert, da die Leistung dem Bürstenarm durch das elektrisch leitende Glied 8 unabhängig vom Kontaktzu­ stand zwischen dem Armhalter 4 und dem Armführer 5 zuge­ führt wird. Infolgedessen ist auch die Motorfunktion, d. h. dessen Arbeitsweise stabilisiert. Ferner bietet es sich auch an, der Feder 6 die Aufgabe des elektrisch leitenden Gliedes 8 zu übertragen. Darüber hinaus kann der Armführer 5, der völlig unabhängig von der Leistungs­ einspeisung ist und lediglich den Armhalter 4 ohne irgendeine Möglichkeit der Durchbiegung oder Krümmung trägt und unterstützt, aus einem elektrisch nichtleiten­ den Material hergestellt sein, insofern dieses Material eine für ein Tragteil ausreichende Steifigkeit und Un­ nachgiebigkeit aufweist.

Claims (5)

1. Bürstenstromabnehmer für einen Motor mit einem feldtragenden Motorgehäuse und einem Gehäusedeckel, der so ausgelegt ist, daß er mit dem offenen Ende des Motorgehäuses in Eingriff bringbar ist, und an dem der Bürstenstromabnehmer, der einen Gleitkontakt zu einem Kommutator herstellt, angebracht ist, und mit Kohle­ bürsten des Bürstenstromabnehmers, die so angeordnet sind, daß sie, wenn das Motorgehäuse mit dem Gehäuse­ deckel in Eingriff ist, in Gleitkontakt mit dem Kommuta­ tor stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Bürstenstromabnehmer Armführer (5), die am Gehäusedeckel angeordnet sind, Kohlebürsten (2), die einen Gleitkontakt zum Kommutator (1) herstellen, Bürstenarme (3), an deren einem Ende die Kohlebürsten (2) vorgesehen sind und die an ihrem anderen Ende durch die Armführer (5) drehbar gehalten sind, Armhalter (4), die durch die Armführer (5) der Bürstenarme (3) dreh­ bar gehalten sind, Federhalter (7), die fest am Gehäuse­ deckel befestigt sind, und Federn (6) aufweist, die an ihrem einen Ende in Kontakt mit den Federhaltern (7) und an ihrem anderen Ende mit den Bürstenarmen (3) stehen, daß die Arme der Bürstenarme (3) im wesentlichen starr ausgebildet sind und daß die Armhalter (4) jeweils in ihrer Querschnittsform im Bereich, in dem die Arm­ halter (4) in Kontakt mit den Armführern (5) stehen, zwei einander schneidende Tangenten aufweisen, so daß es möglich ist, den Kohlebürsten (2) zuzuführende elek­ trische Leitung nicht über die Armführer (5), sondern über separat vorgesehene elektrisch leitende Glieder (8) zuzuführen.

2. Bürstenstromabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ringförmige Vorsprünge (5 a) auf den Umfangsflächen der Armführer (5) vorgesehen sind.

3. Bürstenstromabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Armhaltern (4) Vorsprünge (4 b) vorgesehen sind.

4. Bürstenstromabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Glieder (8) bewegliche Anschlußkabel sind.

5. Bürstenstromabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Armführer (5) aus elektrisch nichtleitendem Material hergestellt sind.