DE4203070A1 - Kollektor-buersten-anordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kollektor-Bürsten-An­ ordnung für Elektromotoren mit senkrecht gegen die Man­ telfläche des Kollektors geführten und mittels Federn gegen den Kollektor angedrückten Bürsten.

Bei derartigen Elektromotoren wird die Lebensdauer in erster Linie von der Kollektor-Bürsten-Anordnung bestimmt. Weder der Kollektordurchmesser noch die Bürstenlänge kann beliebig vergrößert werden. Beide Abmessungen müssen auf die Größe des Elektromotors und auf die Einbauverhältnisse abgestimmt werden. Auch bei der Wahl der Werkstoffe für die Kollektoren und Bürsten ist man im Hinblick auf die Funk­ tionen des Elektromotors nicht frei. Eine weitere Schwie­ rigkeit resultiert daraus, daß es in der überwiegenden Zahl der Anwendungsfälle nicht möglich ist, die Kollektor- Bürsten-Anordnung mit auswechselbaren Bürsten zu konzipie­ ren, weil dazu die Platzverhältnisse nicht ausreichen oder aber die notwendige Zugänglichkeit nicht gegeben ist.

Die genannten Probleme ergeben sich insbesondere bei Klein­ motoren, die als Stellglieder oder Hilfsantriebe in größe­ ren Systeme wie z. B. Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bussen, Flugzeugen usw. für die verschiedensten Funktionen zum Einsatz kommen. Dabei stehen den Einschränkungen hin­ sichtlich der Baugröße oft sehr hohe Anforderungen an die Lebensdauer gegenüber, wobei die übrigen Bauteile des Elek­ tromotors im allgemeinen eine mindestens zweifach höhere Lebensdauer aufweisen, als die Kollektor-Bürsten-Anordnung.

Selbstverständlich spielen auch der Einsatzzweck und die Belastung eine große Rolle für den Verschleiß der Anord­ nung. Bei Stellmotoren für die Steuerung des Verbrennungs­ motors in Kraftfahrzeugen (sog. elektrisches Gaspedal) ergeben sich ganz erhebliche Unterschiede je nachdem ob es sich um einen Verbrennungsmotor in einem überwiegend im Langstreckenverkehr auf Autobahnen eingesetzten Lastkraft­ wagen oder um einen Verbrennungsmotor für einen im Stadt­ verkehr eingesetzten Omnibus mit vielen Stops und Starts handelt. Während der Stellmotor im ersten Fall bezogen auf die Fahrleistung des Lastkraftwagens nur verhältnismäßig wenig zum Einsatz kommt, wird er beim Omnibus praktisch dauernd beansprucht. Während die Lebensdauer des Stellmo­ tors beim Lastkraftwagen ohne weiteres mit der des Verbren­ nungsmotors vergleichbar ist oder diese sogar deutlich übersteigt, kommt sie beim Stadtomnibus nur auf einen Bruchteil der Lebensdauer des Verbrennungsmotors und man ist gezwungen, den Stellmotor bzw. das ganze Stellglied während der Laufzeit des Verbrennungsmotors mehrfach auszu­ tauschen. Aus Sicherheitsgründen werden dafür an der Fahr­ leistung des Omnibusses orientierte Intervalle vorgegeben. Es leuchtet ohne weiteres ein, daß man seitens der Betrei­ ber der Omnibusse daran interessiert ist, diesen Aus­ tauschintervall zu verlängern und vom Anbieter der Stell­ glieder entsprechende Lebensdauergarantie zu erhalten.

Eine deutlich verbesserte Lebensdauer der Kollektor-Bür­ sten-Anordnung ist auch im Hinblick auf einen verantwor­ tungsbewußten Umgang mit den Ressourcen anzustreben. Der Austausch eines ganzen Stellgliedes mag für den Anbieter von Stellgliedern vordergründig interessanter sein, als eine Steigerung der Lebensdauer, langfristig wird er aber nur im Geschäft bleiben, wenn er dem Kunden längere Aus­ tauschintervalle garantieren kann, d. h. wenn er die Halt­ barkeit der wertmäßig nur einen geringen Bruchteil des Stellgliedes ausmachenden Kollektor-Bürsten-Anordnung deut­ lich verbessert.

Nach einem älteren Vorschlag (deutsche Patentanmeldung P 41 34 625.4 sollen dazu halbkreisförmige Bürsten eingesetzt werden, mit denen bei gleicher radialer Erstreckung ab Man­ telfläche des Kollektors gegenüber geraden Bürsten eine etwa 1,4-fache Nutzlänge realisiert werden kann. Dieser Vorschlag hat jedoch verschiedene Nachteile. Die Führungen und die Andrückfedern für die Bürsten müssen sehr sorgfäl­ tig ausgeführt und montiert werden, damit die Bürsten auf dem Vorschubweg nicht hängenbleiben und der Elektromotor ausfällt, bevor die Bürsten verschlissen sind. Schwierig­ keiten können auch dadurch entstehen, daß die Federn unter sich ändernden Winkeln auf die Bürsten einwirken, wodurch sich zwangsläufig die Anpreßverhältnisse zwischen Kol­ lektor und Bürsten ändern. Die halbkreisförmigen Bürsten sind insbesondere bei Schwingbeanspruchungen auch stärker bruchgefährdet als gerade Bürsten. Schließlich muß man wegen der größeren Reibung mit stärkeren Federn arbeiten, die mehr Bauraum erfordern, der u. U. teilweise beim Bür­ stenvolumen eingespart werden muß, so daß die Verlängerung der Lebensdauer infolge der 1,4-fachen Nutzlänge der Bür­ sten gar nicht voll ausgenutzt werden kann.

Es besteht somit die Aufgabe, eine Kollektor-Bürsten-Anord­ nung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der eine deutliche Steigerung der Lebensdauer erreicht werden kann, ohne daß die geschilderten Nachteile auftreten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Kollektor-Bürsten- Anordnung vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch

• a) ein erstes Paar von Bürsten, bei denen im vom Kollek­ tor abgewandten Endbereich je eine quer zur Längser­ streckung der Bürsten verlaufende Nut vorgesehen ist,
• b) ein zweites Paar von Bürsten, das in Achsrichtung des Kollektors versetzt zum ersten Paar angeordnet ist und durch
• c) ein Paar von quer zur Längserstreckung der Bürsten geführten und mittels Federn verschiebbaren Kulissen, wobei jede Kulisse
  • - in einer ersten Stellung eine Bürste des zweiten Paares in einer Reservestellung im Abstand vom Kollektor hält und sich dabei mit ihrem vorderen Ende auf der Mantelfläche einer Bürste des ersten Paares abstützt und
  • - in einer zweiten Stellung unter Freigabe einer Bürste des zweiten Paares zur Kontaktierung des Kollektors mit ihrer Stirnfläche in die Nut einer Bürste des ersten Paares eingreift.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vor­ gesehen, daß die Breite der Nut in Längserstreckung der Bürste größer ist als die Dicke der Stirnfläche der Kulisse.

Weitere Einzelheiten werden anhand des in Fig. 1 darge­ stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem zugunsten der Erläuterung der Funktion die konstruktiven Einzelheiten stark vereinfacht dargestellt sind.

In Fig. 1 ist das kollektorseitige Ende eines Elektromotors im Schnitt dargestellt. Mit 1 ist das Gehäuse bezeichnet, das gleichzeitig als Rückschlußring dient. Im Gehäuse 1 sind Magnetschalen 2 angeordnet. Der Anker 3 weist einen Kollektor 4 auf und ist mit seinem Wellenende 5 im Lager­ schild 6 gelagert. Zwischen Lagerschild 6 und Gehäuse 1 ist eine Befestigungsplatte 7 eingespannt. Darauf sind Schächte 8 mit Druckfedern 9 für zwei Paar Bürsten 10, 11 befestigt. Das innenliegende Paar von Bürsten 10 weist je eine quer zur Längserstreckung verlaufende Nut 12 auf. Außerdem ist ein Paar von quer zur Längserstreckung der Bürsten 10, 11 geführten und mittels Federn 13 verschiebbaren Kulissen 14 vorgesehen, die sich in einer ersten Stellung auf den innenliegenden Bürsten 10 abstützen und die außenliegenden Bürsten 11 in einer Reservestellung halten. Die Kulissen 14 weisen Durchbrüche 15 auf, so daß sie in einer zweiten Stellung, bei der sie mit ihren vorderen Enden in die Nuten 12 der innenliegenden Bürsten 10 eingreifen, die außenlie­ genden Bürsten 11 zur Kontaktierung des Kollektors 4 frei­ geben können.

Die Breite der Nuten 12 in Längserstreckung der Bürsten 10 ist größer als die Dicke der Kulissen 14, so daß eine gewisse Überlappung beim Bürstenwechsel erreicht und eine gleichbleibend gute Kontaktierung gewährleistet wird.

Der Bürstenwechsel auf der einen Seite ist unabhängig vom Bürstenwechsel auf der anderen Seite. Dadurch ist sicherge­ stellt, daß ein eventuelles unterschiedliches Verschleiß­ verhalten ausgeglichen wird. Die erfindungsgemäße Kollek­ tor-Bürsten-Anordnung hat den weiteren Vorteil, daß das außenliegende Bürstenpaar am Kollektor auf eine fabrikneue Kontaktfläche trifft. Die näherungsweise verdoppelte Lebensdauer des Motors durch zwei Paar Bürsten wird also nicht durch eine zu kurze Lebensdauer des Kollektors einge­ schränkt. Demgegenüber fällt die Notwendigkeit, einen um etwa eine Bürstenbreite längeren Kollektor vorsehen zu müs­ sen, nicht ins Gewicht, zumal in Längserstreckung des Elek­ tromotors die Einbauverhältnisse meist nicht so beschränkt und leichter zu modifizieren sind, wie in Querrichtung.

Claims (2)

1. Kollektor-Bürsten-Anordnung für Elektromotoren mit senk­ recht gegen die Mantelfläche des Kollektors geführten und mittels Federn gegen den Kollektor angedrückten Bürsten, gekennzeichnet durch

• a) ein erstes Paar von Bürsten (10), bei denen im vom Kollektor (4) abgewandten Endbereich je eine quer zur Längserstreckung der Bürste (10) verlau­ fende Nut (12) vorgesehen ist,
• b) ein zweites Paar von Bürsten (11), das in Achs­ richtung des Kollektors (4) versetzt zum ersten Paar angeordnet ist und durch
• c) ein Paar von quer zur Längserstreckung der Bür­ sten (10, 11) geführten und mittels Federn (13) verschiebbaren Kulissen (14), wobei jede Kulisse (14)
  • - in einer ersten Stellung eine Bürste (11) des zweiten Paares in einer Reservestellung im Abstand vom Kollektor (4) hält und sich dabei mit ihrer Stirnfläche auf der Mantel­ fläche einer Bürste (10) des ersten Paares abstützt und
  • - in einer zweiten Stellung unter Freigabe einer Bürste (11) des zweiten Paares zur Kontaktierung des Kollektors (4) mit ihrem vorderen Ende in die Nut (12) einer Bürste (10) des ersten Paares eingreift.

2. Kollektor-Bürsten-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Nut (12) in Längser­ streckung der Bürste (10) größer ist als die Dicke der Stirnfläche der Kulisse.