DE4034030A1 - Kohlebuerste - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kohlebürste mit in einer Ausnehmung angeordneter Abschaltvorrichtung, die bei Erreichen einer Verschleißgrenze der Kohlebürste den elektrischen Kontakt zu einem Kommutator oder Schleifring mittels eines unter vorzugsweise Federvorspannung stehenden, aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Elementes wie Nippels unterbricht, das gegen den Boden der in axialer Richtung der Kohlebürste verlaufenden Ausnehmung angedrückt ist.

Bei vielen elektrischen Maschinen mit Kommutatoren oder Kollektoren ist es möglich, Kohlebürsten ohne Kommutator- bzw. Schleifringnacharbeit auszuwechseln. Die Kohlebürsten dürfen jedoch eine gewisse Verschleißgrenze nicht unterschreiten, da sonst die Kommutatoren bzw. Kollektoren durch zunehmendes Bürstenfeuer unzulässig aufgerauht oder unrund werden.

Um zu verhindern, daß die Kohlebürsten mehr als bis zur Verschleißgrenze abgenutzt werden, können Abschalteinrichtungen verwendet werden. Diese Abschalteinrichtungen befinden sich jeweils in einer Ausnehmung, die axial in der Kohlebürste verläuft und von derjenigen Seite der Kohlebürste ausgeht, die dem Kommutator bzw. dem Schleifring abgewandt ist. In dem Inneren der Ausnehmung befindet sich ein als Nippel zu bezeichnendes Element aus Isoliermaterial. Der Nippel enthält einen Schaft, der sich in Längsrichtung der Ausnehmung erstreckt und dicht bis an die Mündung der Ausnehmung heranreicht. Im mittleren Teil der Ausnehmung befindet sich ein Isolierplättchen, das sich über den gesamten Querschnitt erstreckt. Am Isolierplättchen und am Nippel liegen die Enden einer Spiralfeder an, die eine Kraft auf den Nippel ausübt. Unter dem Einfluß dieser Kraft wird der Nippel gegen den Boden der Ausnehmung gedrückt. Wird der Boden der Ausnehmung durch den Verschleiß der Bürste abgeschliffen, dann wird der Nippel aus der Ausnehmung herausbewegt. Dies hat zur Folge, daß sich die Bürste vom Kollektor bzw. Schleifring abhebt.

Der Raum zwischen dem Isolierplättchen und der Mündung der Ausnehmung wird mit Pulver aus Kohle aufgefüllt, das eingestampft wird und über das Isolierplättchen zumindest einen Teil der Kraft der Feder aufnimmt. Im Einstampfpulver kann zugleich das Ende der Anschlußlitze der Kohlebürste angeordnet sein.

Insbesondere bei Schichtkohlebürsten mit kleinen Querschnitten können beim Einstampfen des Pulvers Schwierigkeiten auftreten. Beispielsweise werden die Schichtkohlebürsten im Kopfbereich durch das Einstampfen des Pulvers auseinandergedrückt, so daß keine ausreichend feste Verbindung zwischen dem Pulver und der Schichtkohlebürste vorhanden ist. Vor allem bei Stabkohlebürsten, bei denen die Anschlußlitzen im Pulver enden, können durch unerwünscht hohe Übergangswiderstände von den fließenden Strömen zu hohe Wärmeverluste hervorgerufen werden, die sich ungünstig auf das Betriebsverhalten der Stabkohlebürste auswirken.

Der eingangs beschriebenen Kohlebürste liegt das Problem zugrunde, die Abschaltvorrichtung so in der Ausnehmung zu befestigen, daß Beanspruchungen, die die Festigkeit der Kohlebürste in unzulässiger Weise beeinträchtigen, vermieden werden.

Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abschaltvorrichtung durch mindestens einen Stift in der Ausnehmung befestigt ist. Durch die Befestigung mit einem Stift erübrigt sich das Einstampfen von Kohlepulver. Die durch das Einstampfen hervorgerufenen Spalteffekte an den Kohlebürsten werden damit vermieden. Der Stift nimmt die von der Federvorspannung verursachten Kräfte auf.

Eine Möglichkeit der Stiftbefestigung besteht darin, einen Stift in axialer Richtung der Ausnehmung vorzusehen. Der Stift kann aus Metall bestehen. Günstiger ist es, wenn der Stift aus Kunststoff besteht oder wenigstens eine elektrisch nicht leitende oder schlecht leitende Außenseite hat. Der Stift kann ein Gewinde aufweisen und in die Ausnehmung eingeschraubt werden. Mit einem Stift, der ein Gewinde aufweist, kann eine formschlüssige und kraftschlüssige Befestigung erreicht werden. Da die Bearbeitungsachse der Kohlebürste mit der Montageachse übereinstimmt, ist eine axiale Verstiftung besonders wirtschaftlich herzustellen.

Besonders zweckmäßig und eigenerfinderisch ist es, wenn ein Stift quer zur Längsachse der Ausnehmung in ein entsprechendes Loch der Kohlebürste eingesetzt wird. Es kann sich dabei insbesondere um einen Isolierstift handeln. Der Stift kann aber auch eine elektrisch nicht leitende oder schlecht leitende Außenseite aufweisen.

Die Befestigung der Abschaltvorrichtung mit einem derartigen Stift hat den Vorteil, daß keine Kräfte quer zur Längsachse auf die Kohlebürste ausgeübt werden. Bei einer aus zwei miteinander verklebten Hälften bestehenden Kohlebürste mit in axialer Richtung verlaufender Klebeschicht wird diese nicht von den durch die Abschaltvorrichtung hervorgerufenen Kräften beansprucht. Deshalb können auch weiche Kohlebürsten und Kohlebürsten mit sehr kleinen Abmessungen mit Abschaltvorrichtungen bestückt werden.

Nach dem Einsetzen der Abschaltvorrichtung und dem Verstiften wird der noch freie Teil der Ausnehmung vorzugsweise mit Silikonlack abgedeckt.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus der Zusammenfassung sowie den Ansprüchen und 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 zeigen:

Fig. 1 eine Schichtkohlebürste im Längsschnitt und

Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Schichtkohlebürste von oben.

Eine Kohlebürste (10), die z. B. als Schichtkohlebürste für Kleinmaschinen ausgebildet ist und aus zwei Hälften (12), (14) besteht, die miteinanderverklebt sind, ist in Fig. 1 im Längsschnitt durch die Mitte dargestellt. Die Verklebung verläuft in der Mitte der Kohlebürste (10) in deren Längsrichtung. Mit der Kohlebürste (10) ist eine elektrische Anschlußleitung in Form einer Litze (16) verbunden, deren Ende in ein Loch (18) der Kohlebürste (10) ragt. Der Querschnitt des Loches (18) ist größer als der Querschnitt der Litze (16). Der Raum zwischen der Innenwand des Lochs (18) und der Litze (16) ist mit eingestampftem Kohlepulver (20) ausgefüllt, das einerseits eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Litze (16) und den beiden Hälften (12), (14) herstellt und andererseits die notwendige Haltekraft für die Litze (16) im Loch (18) bewirkt.

Die Kohlebürste (10) enthält eine Abschaltvorrichtung (22). Die Abschaltvorrichtung (22) verhindert, daß die Kohlebürste (10) bei Erreichen der Verschleißgrenze durch zunehmendes Bürstenfeuer einen in der Zeichnung nicht dargestellten Kommutator oder einen Schleifring aufrauht und damit beschädigt. Die Abschaltvorrichtung (22) befindet sich in einer zylindrischen Ausnehmung (24) in der Kohlebürste (10). Die Ausnehmung (24) verläuft in axialer Richtung der Kohlebürste (10) und legt durch ihre Tiefe die Verschleißgrenze fest.

Die Abschaltvorrichtung (24) enthält einen Nippel (26) aus Isoliermaterial, der sich unter Federvorspannung am Boden (28) der Ausnehmung (24) abstützt. Der Boden (28) ist konvex ausgebildet.

Von der dem Boden (28) abgewandten Seite des Nippels geht ein Schaft (30) aus, der sich in axialer Richtung der Ausnehmung (24) erstreckt. Der Schaft (30) kann an einem Isolierplättchen (32) enden, das innerhalb der Ausnehmung (24) angeordnet ist und bis an die Innenwand der Ausnehmung (24) reicht.

Am Nippel (26) und am Isolierplättchen (32) stützen sich jeweils die Enden einer Spiralfeder (34) ab, die den Schaft (30) umgibt. Das Isolierplättchen (32) ist in seiner axialen Lage in der Ausnehmung (24) fixiert. Wenn infolge Bürstenverschleiß der Boden abgeschliffen ist, drückt die Spiralfeder (34) den Nippel aus der Ausnehmung (24) gegen den Kommutator bzw. Schleifring. Hierdurch hebt die Kohlebürste (10) vom Kommutator bzw. Schleifring ab, so daß die leitende Verbindung zum Kommutator bzw. Schleifring unterbrochen wird.

Quer zur Längsachse (36) der Kohlebürste (10) ist in der Kohlebürste (10) ein Loch bzw. eine Bohrung (38) angebracht. Die Bohrung (38) hat einen Abstand zur Mündung der Ausnehmung (24). Der Abstand beträgt z. B. einige Millimeter. Die Bohrung (38) verläuft zwischen der einen Wand der Kohlebürste (10) und der Ausnehmung (24) und setzt sich in der gegenüberliegenden Wand zwischen der Ausnehmung (24) und der Litze (16) fort, durchdringt jedoch nicht die gesamte Kohlebürste (10).

In die Bohrung (38) ist ein Stift (40) eingesetzt, der durch die Ausnehmung (24) hindurch verläuft. Das Isolierplättchen (32) - sofern vorhanden - liegt am Stift (40) auf derjenigen Seite an, die dem Boden der Ausnehmung (24) zugewandt ist. Durch die Kraft der Spiralfeder (34) wird das Isolierplättchen (32) gegen den Stift (40) gedrückt. Der Stift (40) besteht aus Isoliermaterial oder hat einen nicht oder wenigstens schlecht elektrisch leitenden Überzug. Die Leitfähigkeit sollte nicht besser als die der Kohlebürste (10) sein.

Die von der Spiralfeder (34) auf das Isolierplättchen (32) und von diesem auf den Stift (40) übertragenen Kräfte rufen in der Kohlebürste axial verlaufende Beanspruchungen hervor. Derartige Beanspruchungen können auch von Bürsten mit sehr kleinen Abmessungen und weicher Charakterisik ohne Beschädigung aufgenommen werden. Insbesondere kann ein Spannstift, z. B. ein Schwerspannstift, mit einem Senkkopf verwendet werden, der in der Bohrung (38) durch Reibungskraft gehalten wird. Durch den Einsatz eines Spannstiftes widersteht die Abschaltvorrichtung (22) auch stärkeren mechanischen Beanspruchungen, z. B. durch Schwingungen.

Die Ausnehmung (24) kann durch einen Silikonlack abgedeckt werden, wodurch die Abschaltvorrichtung (22) vor der Einwirkung durch Feuchtigkeit oder Gasen geschützt wird.

Die Abschaltvorrichtung (22) kann ohne Einstampfen in die Kohlebürste (10) eingebaut werden. Es entfallen daher die mit dem Einstampfen von Kohlepulver zusammenhängenden Schwierigkeiten. Durch den Stift (40) kann eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zur Kohlebürste (10) hergestellt werden.

Das Isolierplättchen (32) kann auch entfallen. Wenn kein Isolierplättchen (32) vorhanden ist, liegt das Ende der Spiralfeder (34) unmittelbar am Stift (40) an. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau der Anordnung.

Claims (8)

1. Kohlebürste mit in einer Ausnehmung angeordneter Abschaltvorrichtung, die bei Erreichen einer Verschleißgrenze der Kohlebürste einen elektrischen Kontakt zu einem Kommutator oder Schleifring mittels eines unter vorzugsweise Federvorspannung stehenden, aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Elementes wie Nippels unterbricht, der gegen den Boden der in axialer Richtung der Kohlebürste verlaufenden Ausnehmung gedrückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltvorrichtung (22) durch mindestens ein Stiftelement (40) in der Ausnehmung (24) gehalten ist.

2. Kohlebürste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stiftelement (40) in axialer Richtung (36) der Ausnehmung (24) verläuft.

3. Kohlebürste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stiftelement (40) senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zur Längsachse (36) der Kohlebürste (10) verläuft.

4. Kohlebürste nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stiftelement (40) aus nicht oder schlecht leitendem Material besteht oder eine nicht oder schlecht leitende Oberfläche aufweist.

5. Kohlebürste nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stiftelement (40) eine Leitfähigkeit aufweist, die in etwa derjenigen der Kohlebürste (10) entspricht.

6. Kohlebürste nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stiftelement (40) ein Spannstift ist.

7. Kohlebürste nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stiftelement (40) ein Außengewinde aufweist.

8. Kohlebürste nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Abschalteinrichtung (22) aufnehmende Ausnehmung (24) durch Silikonlack verschlossen ist.