DE4014300A1 - Einrichtung zur uebertragung von stroemen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich u. a. auf eine Einrichtung zur Übertragung von Strömen, insbesondere auf einen Kommutator eines Elektromotors mit einem eine Kohlebürste aufnehmenden Kohlebürstenschacht, einem mittels Federkraft auf die Kohlebürste einwirkenden Druckhebel oder einer auf die Kohlebürste einwirkenden Rollbandfeder, wobei zum Anliegen der Kohlebürste an zumindest einer Schachtwandung auf die Kohlebürste im Bereich deren Fußes eine Querkraft einleitbar ist.

Durch Herstellungstoleranzen bedingt sitzen Kohlebürsten mit Spiel in einem Kohlebürstenschacht. Dies ist insbesondere dann nachteilig, wenn die Kohlebürsten Motoren zugeordnet sind, bei denen eine Umkehr der Drehrichtung wie z. B. bei Waschmaschinenmotoren oder Traktionsmotoren erfolgt, also ein Reversierbetrieb gegeben ist. Durch den Reversiervorgang verschiebt sich der Bürstenfuß entsprechend dem Halterspiel. Dieses Verschieben ist häufig mit einem Kippvorgang verbunden. Durch den Kippvorgang bilden sich an der Bürste zwei Laufflächen, die gegeneinander geneigt sind. Dies hat zur Folge, daß die Stromdichte ansteigt und zuweilen unzulässig hohe Werte annimmt. Auch werden die Kommutierungsbedingungen verschlechtert, da die Kommutierungszeit verringert wird.

Um dieses Verschieben der Kohlebürste beim Reversieren auszuschließen, besteht die Möglichkeit, Fertigungstoleranzen extrem eng zu wählen. Dies würde jedoch zu einer Kostenbelastung führen, die kaum vertretbar ist. Zudem ist insbesondere aufgrund der verschiedenen Materialien und der damit verbundenen unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten ein Verschieben der Kohlebürste innerhalb des Halterschachtes nicht vollständig auszuschließen.

Um mit anderen Maßnahmen das Kippen der Kohlebürste auszuschließen, ist nach der DE-A 19 31 104 vorgesehen, daß eine Rollbandfeder auf eine Schräge des Bürstenkopfes einwirkt und dabei neben der Anpreßkraft eine weitere Kraftkomponente vermittelt, die gegen die gegenüberliegende Schachtfläche wirkt. Der zweite Druckpunkt wird von der Halterung der Rollbandfeder festgelegt. Konstruktiv bedingt verringern sich im Laufe der Abnutzung die Querkräfte.

Nach der Abnutzung DE-A 24 05 754 ist eine Rollbandfeder starr an einer Kohlebürste befestigt, um sowohl Querkräfte zum Anliegen der Kohlebürste an einer Schachtwand als auch Kräfte in Richtung des Kommutators hervorzurufen. Eine entsprechende Konstruktion ist erkennbar nachteilig, da ein Austausch der Kohlebürste gleichfalls einen Austausch der Feder bewirkt. Daher ist eine diesbezügliche Lösung allein aus Kostengesichtspunkten vernachlässigbar. Ferner ist nachteilig, daß ein Verkanten der Bürste in der Führung und damit nur eine Aufnahme der Querkräfte in der Berührungslinie erfolgt.

Eine aus der DE-A 33 46 595 bekannte Rollbandfeder übt sowohl einen Druck auf die Kohlebürste in Richtung des Kommutators als auch Querkräfte aus. Dabei liegt in bezug auf die Querkräfte der Angriffspunkt recht hoch, so daß sich ein ungünstiges Moment ergibt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es u. a., eine Einrichtung zur Übertragung von Strömen der eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, daß auch bei großem Spiel zwischen Kohlebürste und Kohlebürstenschacht sichergestellt ist, daß bei einem Reversierbetrieb ein Verschieben bzw. Kippen der Kohlebürste ausgeschlossen ist, wobei gewährleistet sein soll, daß das Einleiten der Querkräfte im Bereich des Kohlebürstenfußes erfolgt. Auch soll eine Verbesserung der Wärmeableitung von der Kohlebürste möglich sein.

Die Aufgabe wird bei der Verwendung eines auf einen Druckhebel wirkenden Federelementes wie Schraubenfeder erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß zur Einleitung der Querkräfte auf eine Seitenfläche der Kohlebürste ein weiteres Element einwirkt, das zum dauernden Anliegen an der Kohlebürste entlang einer im Bereich einer Öffnung des Kohlebürstenschachtes verlaufenden Schräge verschiebbar ist, und daß von dem weiteren Element mittelbar oder unmittelbar ein die Federkraft erzeugendes Federelement ausgeht.

Durch das Federelement wird zum einen sichergestellt, daß das vorzugsweise als drehbares Rollelement ausgebildete weitere Element bestrebt ist, entlang der Schräge zu der Kohlebürste hin bewegt zu werden, also in den Bereich des geringsten Abstands von Schräge und Kohlebürste. Hierdurch ist sichergestellt, daß das weitere Element stets in einem Umfang auf die Kohlebürste einwirkt, daß diese auf der der Angriffsfläche gegenüberliegenden Fläche an der entsprechenden Kohleschachtwandung anliegt. Dies wiederum bedeutet, daß ein Verschieben des Fußbereiches der Kohlebürste ausgeschlossen ist.

Zum anderen wird über das Federelement die in Richtung auf den Kommutator oder den Schleifring wirkende Kraft in die Kohlebürste eingeleitet. Erkennbar stellt diese Konstruktion sicher, daß die Richtung der Querkraft unabhängig von der Stellung des Elementes, das unmittelbar auf die Kohlebürstenkopffläche einwirkt, also der Druckfingerstellung oder des entsprechenden Rollbandabschnittes, in die Kohlebürste eingeleitet wird. Auch bleibt weitgehend die resultierende Querkraft konstant.

Verstärkt werden die Querkräfte dadurch, daß der Druckfinger auf einer abgeschrägten Bürstenkopffläche aufliegt, wie es jedoch bereits nach dem Stand der Technik bekannt ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können zumindest die aufeinanderwirkenden Flächen von dem weiteren Element wie dem Rollenelement und der Kohlebürste elektrisch isoliert ausgebildet sein, wodurch ein unkontrollierter Stromfluß ausgeschlossen ist. Dabei kann vorzugsweise das weitere Element aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen oder mit einem solchen beschichtet sein. Durch das weitere Element, insbesondere in Form des um eine parallel zur Schräge verlaufende Achse drehbaren Rollenelementes wird die Reibung zwischen der Kohlebürste und dem die Querkräfte hervorrufenden Element reduziert. Eine Reibungsverminderung kann zusätzlich dadurch erreicht werden, daß die aufeinandergleitenden Flächen reibungsmindernd ausgebildet sind.

Die Aufgabe wird auch durch Einrichtungen gemäß der Oberbegriffe der Ansprüche 8 bis 12 dadurch gelöst, daß in bezug auf die Befestigung der Rollbandfeder ein zu dem ersten Abschnitt diametral verlaufender zweiter Abschnitt zur Einleitung der Querkräfte im Fußbereich der Kohlebürste auf diese mittelbar oder unmittelbar einwirkt bzw. daß die Rollbandfeder an einem als Hebelarm wirkenden auf eine Seitenfläche der Kohlebürste Querkräfte einleitenden Abschnitt der Halterung befestigt ist.

Durch die erfindungsgemäße Lehre können Kohlebürsten mit großen Toleranzen, also mit geringen Kosten hergestellt werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Kohlebürsten in den zugeordneten Kohleschächten unkontrollierte Bewegungen ausüben. Vielmehr ist durch die erfindungsgemäße Lehre gewährleistet, daß die Kohlebürsten in den Kohleschächten derart verschiebbar sind, als wenn sie paßgenau aufeinander abgestimmt wären. Durch die Erfindung ergibt sich des weiteren, daß die Wärmeabfuhr von den Kohlebürsten verbessert wird. Auch ergibt sich ein günstiges Schwingungsverhalten.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Bürstenhalters,

Fig. 2 eine Detaildarstellung des Bürstenhalters nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Rückansicht des Ausschnitts des Bürstenhalters nach Fig. 2 und

Fig. 4-7 Ausführungsbeispiele von Rollbandfedern.

In den Figuren, in denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist ein Bürstenhalter (10) mit einem grundsätzlich an und für sich bekannten Aufbau dargestellt, wobei mittels erfindungsgemäß ausgebildeter Merkmale sichergestellt ist, daß auf eine Kohlebürste (12) Querkräfte F eingreifen, die sicherstellen, daß insbesondere bei einem Reversierbetrieb ein Verschieben bzw. Verkippen der Kohlebürste (12) ausgeschlossen ist.

Der Bürstenhalter (10) weist einen für die Kohlebürste (12) bestimmten Kohlebürstenschacht (14) auf, der von der Kohlebürste (12) durchsetzt wird, damit diese mit einem nicht dargestellten Kommutator oder mit Schleifringen einer elektrischen Maschine zur Übertragung des Stromes wechselwirken kann.

Sind in der Zeichnung die Abmessungen der Kohlebürste (12) und des Kohlebürstenschachtes (14) so dargestellt, daß eine paßgenaue Aufnahme gegeben ist, so ist dies kein zwingendes Merkmal. Vielmehr kann ein erhebliches Spiel zwischen der Kohlebürste (12) und den Innenwandungen des Kohlebürstenschachtes (14) bestehen, ohne daß erwähntermaßen die Gefahr eines Verschiebens bzw. Verkippens der Kohlebürste (12) besteht.

Damit auf die Kohlebürste (12) in Richtung des Kommutators bzw. Schleifringes eine in Längsrichtung der Kohlebürste (12) gerichtete Kraft einwirken kann, ist im Ausführungsbeispiel ein Druckhebel (16) vorgesehen, dessen Finger (18) auf die Kopffläche (20) der Kohlebürste (12) einwirkt. Im Ausführungsbeispiel ist die Kopffläche (20) angeschrägt, damit eine Querkraft in Richtung des Pfeiles F hervorgerufen werden kann. Der Druckhebel (16) weist Lagerzapfen (22) auf, die in Aufnahmen (24) von Schenkeln (26) und (28) einbringbar sind, um so den Druckhebel (16) im gewünschten Umfang verschwenken zu können.

Damit der Finger (18) auf der Kopffläche (20) kraftschlüssig aufliegt, geht von dem Druckhebel (16) eine Schraubenfeder (30) aus, die von einer Befestigung (32) ausgeht, die ihrerseits mittelbar von den Schenkeln (26) und (28) der Kohlebürstenhalterung (10) ausgeht.

Die Querkräfte F sollen bewirken, daß die Kohlebürste (12) an der Innenfläche der Wandung (34) des Kohlebürstenschachtes (14) flächig anliegt.

Wird die im Kopfbereich hervorgerufene Querkraft F durch den Druckfinger (18) eingeleitet, so wirkt zur Hervorhebung der Querkraft im Fußbereich (36) der Kohlebürste (12) auf diese ein entlang einer Schräge (38) verschiebbares Rollelement (40) auf die Kohlebürste (12) ein. Die Schräge (38) wird von Abschnitten der Schenkel (26) und (28) gebildet. Entlang dieser schräg verlaufenden Schenkelabschnitte, also der Schräge (38) verläuft ein Zapfen oder eine Welle (42), die von Abschnitten des Elementes (40) umgeben ist, wie insbesondere die Darstellung der Fig. 3 verdeutlicht.

Zwischen den als Hohlzylinder ausgebildeten Abschnitten des Elementes (40) verläuft die Befestigung (32) für die Schraubenfeder (30). Mit anderen Worten geht die Befestigung (32) von der Welle (42) aus. Hierdurch bedingt ist die Welle (42) und damit das Rollenelement (40) bestrebt, entlang der Schräge (38) in Richtung der Kohlebürste (12) verschoben zu werden, so daß hierdurch wiederum die Querkraft F im Fußbereich (36) der Kohlebürste (12) derart eingeleitet wird, daß die Kohlebürste (12) flächig an der Kohlebürstenschachtwandung (34) anliegt.

Die Schräge (38) verläuft im Bereich einer Aussparung (44), die derjenigen Kohlebürstenschachtwandung gegenüberliegt, an der die Kohlebürste (12) durch die Querkräfte F bedingt anliegt.

Ferner weist die Schräge (38) bzw. die Schenkelabschnitte am freien Ende (46) einen parallel zu den Schachtwandungen verlaufenden Abschnitt auf, durch den sichergestellt ist, daß die Welle (42) nicht unkontrolliert von der Schräge (38) abrutschen kann.

Zumindest die mit der Kohlebürste (12) wechselwirkenden Bereiche des Rollelementes (40) können aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet sein.

Erkennbar übt das Schraubenfederelement (30) eine Doppelfunktion aus, nämlich zum einen den Druckhebel (16) und damit den Druckfinger (18) zur Kohlebürste (12) zu verschwenken und zum anderen das Element (40) derart entlang der Schräge (38) zu bewegen, bis ein festes Anliegen an der der Wandung (34) gegenüberliegenden Fläche der Kohlebürste (12) erfolgt. Hierdurch werden die in der Fig. 1 dargestellten mit dem Symbol F gekennzeichneten Querkräfte in die Kohlebürste (12) eingeleitet, so daß ein Bewegen bzw. Kippen innerhalb des Kohlebürstenschachtes (14) ausgeschlossen ist. Gleichzeitig wird erkennbar, daß die Richtung der Querkräfte F im Bereich des Fußes (36) der Kohlebürste (12) unabhängig von der Stellung des Druckfingers und damit des Verschleißes der Kohlebürste (12) ist.

Sofern eine Rollbandfeder benutzt wird, die auf eine Kohlebürste einwirkt, kann gleichsfalls erreicht werden, daß auf diese Querkräfte einwirken, damit ein flächiges Anliegen an einer Kohleschachtwandung erfolgt.

In den Fig. 4 bis 7 sind Ausführungsformen von an Federträgern angebrachten Rollbandfedern wiedergegeben, wobei Abschnitte der jeweiligen Rollbandfedern bzw. mit diesen zusammenwirkende Elemente die gewünschten Querkräfte hervorrufen.

In Fig. 4 ist eine Rollbandfeder (48) an einen Federträger (50), z. B. durch Nieten, befestigt. Der oberhalb der Befestigung (52) verlaufende Rollbandfederabschnitt (54) wirkt auf eine Stirnfläche der nicht dargestellten Kohlebürste ein. Der unterhalb der Befestigung (52) verlaufende Abschnitt (56) ist als auf die Bürste federnd einwirkende Kufe ausgebildet. Dabei kann nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 der unterhalb der Befestigung, also der Nietung verlaufende Abschnitt (58) mit einer flach gerundeten z. B. elektrisch isolierenden Kufe (60) bestückt sein. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 sieht vor, daß der Abschnitt (58) eine freilaufende Rolle (62) aufweist, die auf die Kohlebürste einwirkt.

Eine weitere Alternative ist der Fig. 7 zu entnehmen. Dort besteht der Federträger aus einem oberen Abschnitt (64) sowie einen z. B. in einer Nut eingreifenden unteren Abschnitt (66), an dem die Rollbandfeder (48) befestigt ist. Durch diese Konstruktion wirkt der untere Abschnitt (66) des Federträgers als ein an der Kohlebürste anliegender Hebel, wobei der Endabschnitt (68) zusätzlich in Richtung der Kohlebürste ausgebuchtet sein kann.

Die erfindungsgemäße Lehre ist auch bei Zwillingsbürsten realisierbar. Dabei wirkt zum einen eine Kraft auf die zueinander beabstandeten außenseitigen Stirnflächen. Eine Querkraft wird sodann im Fußbereich der Kohlebürsten eingeleitet. Hierbei können die Ausführungsformen zum Einsatz gelangen, die in den Fig. 1 bis 7 näher beschrieben worden sind.

Claims (12)

1. Einrichtung zur Übertragung von Strömen insbesondere auf einen Kommutator eines Elektromotors mit einem eine Kohlebürste aufnehmenden Kohlebürstenschacht, einen mittels Federkraft auf die Kohlebürste einwirkenden Druckhebel, wobei zum Anliegen der Kohlebürste an zumindest einer Schachtwandung Querkräfte auf die Kohlebürste im Bereich dessen Fußes einleitbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einleitung der Querkräfte (F) auf eine Seitenfläche der Kohlebürste (12) ein weiteres Element (40) einwirkt, das zum dauernden Anliegen an der Kohlebürste entlang einer im Bereich einer Öffnung des Kohlebürstenschachtes (14) verlaufenden Schräge (38) verschiebbar ist, und daß ein die Federkraft erzeugendes Federelement (30) mittelbar oder unmittelbar mit dem weiteren Element verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Element (40) ein um eine parallel zu der Schräge (38) verlaufende und zu dieser verschiebbaren Achse (42) drehbares Rollelement ist.

3. Einrichtung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rollelement (40) eine sich an der Schräge (38) abstützende Welle (42) umgibt, von der eine Befestigung (32) zum Festlegen des Federelementes (30) ausgeht.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schräge (38) freie Flächen von Schenkeln (26, 28) einer Bürstenhalterung (10) sind, die den Kohlebürstenschacht (14) als integralen Teil aufweist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Federkraft übertragende Element (16, 18) auf einer abgeschrägten Fläche (20) der Kohlebürste (12) anliegt.

6. Einrichtung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das weitere Element (40) in den Bereichen, in denen es mit der Kohlebürste (12) wechselwirkt, aus elektrisch isolierendem Material besteht oder mit diesem versehen ist.

7. Einrichtung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander wechselwirkenden Flächen von der Kohlebürste (12) und dem weiteren Element (40) zumindest bereichsweise reibungsmindernd ausgebildet sind.

8. Einrichtung zur Übertragung von Strömen, insbesondere auf einen Kommutator eines Elektromotors mit einem eine Kohlebürste aufnehmenden Kohlebürstenschacht, einer mittels Federkraft auf die Kohlebürste einwirkenden an einer Halterung befestigten wie angenieteten Rollbandfeder, die mit einem die Federkraft in die Kohlebürsten einleitenden ersten Abschnitt auf der den Strom übertragenden Teilen des Elektromotors abgewandten Stirnfläche aufliegt, wobei zum Anliegen der Kohlebürste an zumindest einer Schachtwandungweg Querkräfte auf die Kohlebürste einleitbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß in bezug auf die Befestigung (52) der Rollbandfeder (48) ein zu dem ersten Abschnitt (54) diametral verlaufender zweiter Abschnitt (56, 58) zur Einleitung der Querkräfte im Fußbereich der Kohlebürste auf diese mittelbar oder unmittelbar einwirkt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (56) als eine angeformte Kufe ausgebildet ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem zweiten Abschnitt (58) eine Kufe (60) befestigt ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem zweiten Abschnitt (58) ein auf die Kohlebürste einwirkendes Gleitelement wie Rollelement (62) befestigt ist.

12. Einrichtung zur Übertragung von Strömen, insbesondere auf einen Kommutator eines Elektromotors mit einem eine Kohlebürste aufnehmenden Kohlebürstenschacht, einer mittels Federkraft auf die Kohlebürste einwirkenden an einer Halterung befestigten wie angenieteten Rollbandfeder, die mit einem die Federkraft in die Kohlebürsten einleitenden ersten Abschnitt auf der den Strom übertragenden Teilen des Elektromotors abgewandten Stirnfläche aufliegt, wobei zum Anliegen der Kohlebürste an zumindest einer Schachtwandung Querkräfte auf die Kohlebürste einleitbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollbandfeder (48) an einem als Hebelarm wirkenden auf eine Seitenfläche der Kohlebürste Querkräfte einleitenden Abschnitt (66) der Halterung (64) befestigt ist.