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Diese
Erfindung betrifft eine Bürstenanordnung
für eine
dynamoelektrische Maschine, vorzugsweise für einen Universal-Kleinmotor.
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Bei
Universal-Kleinmotoren, die häufig
für kraftgetriebene
Werkzeuge und Geräte
verwendet werden, erfolgt der elektrische Kontakt zu den rotierenden
Ankerspulen durch Eingreifen der Kohlebürsten mit einem rotierenden
Kommutator. Der elektrische Kontakt von der Bürste zu dem Motorschaltkreis kann
durch einen Anschlußdraht,
der in der Bürste eingebettet
ist, oder durch einen mittels einer Feder vorgespannten Arm erfolgen,
der mit der Bürste
in Eingriff steht. Die Bürsten,
die aus Kohlenstoff hergestellt sind, sind weicher als der Komutator
und werden daher abgenutzt. Die Bürste ist normalerweise verschiebbar
in einer Halterung montiert und wird mit Hilfe einer Feder oder
mit Hilfe eines durch eine Feder vorgespannten Arms in Richtung
auf den Kommutator vorgespannt, um den elektrischen Kontakt beizubehalten,
wenn sich die Bürste
bei Betrieb des Motors abnutzt. Aus Gründen der Kosten und des einfachen
Aufbaus gibt es keine spezielle Einrichtung, mit Hilfe derer angegeben
wird, wann eine Bürste
abgenutzt ist und sie ersetzt werden sollte. Die Notwendigkeit des
Austauschens erkennt der Benutzer normalerweise dann, wenn das Werkzeug nicht
mehr funktioniert. Dieses Verfahren zum Erfassen, wann die Bürsten ersetzt
werden sollten, hat zu einigen signifikanten Probleme geführt. Die
Verlagerung der Feder oder des Arms muss begrenzt werden, wenn die
Bürste
abgenutzt ist, um einen Kontakt des Arms oder der Feder mit dem
Kommutator zu verhindern, weil sonst der Kommutator beschädigt werden
würde.
Außerdem,
wenn eine Bürste
mit einem Anschlussdraht verwendet wird, dann muss die Verlagerung
der Bürste
begrenzt werden, um ein Eingreifen zwischen dem in der Bürste eingebetteten Anschlussdraht
und dem Kommutator zu verhindern. Die Verwendung von einem Anschlussdraht
wird daher die verwendungsfähige
Länge der
Bürste
vermindert, und zwar aufgrund des Vorhandenseins des Drahtes in
einem Bereich der Bürste.
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Mit
einem Anschlussdraht versehene Bürsten
haben weitere Nachteile im Vergleich zu Bürsten ohne Anschlussdraht,
einschließlich
der höheren Herstellungskosten,
der hohen Betriebstemperaturen und der geringen Zuverlässigkeit.
Die Herstellungskosten sind höher,
und zwar aufgrund der Kosten der Herstellung der Bürste mit
dem eingebetteten Anschlussdraht. Eine mit einem Anschlussdraht
versehene Bürste
hat eine hohe Betriebstemperatur, da der Anschlussdraht normalerweise
elektrisch isoliert ist und folglich nicht einfach abzukühlen ist.
Durch Aufbau von Hitze wird der Widerstand der Bürstenanordnung erhöht, und
folglich steigen die elektrischen Verluste. Die mit einem Anschlussdraht
versehenen Bürsten
haben eine geringere Zuverlässigkeit, da
der Draht während
der Montage und des Betriebs des Motors Gegenstand von Abschleifungen
ist.
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Um
die Lebensdauer der Bürste
zu verlängern
und die anderen Nachteile zu überwinden,
werden für
einige Anwendungen häufig
Bürsten
ohne Anschlussdraht verwendet. Bei der Entwicklung von Bürsten ohne
Anschlussdraht wurden jedoch Beschädigungen an der Bürste beobachtet,
wenn die Bürste
das Ende ihrer Lebensdauer erreicht. Es wurde herausgefunden, dass
solche Probleme insbesondere bei Anwendungen von Motoren für kraftgetriebene
Werkzeuge auftreten, die mit Starkstrom in Bereichen von 6 bis 8
Ampere arbeiten. Es gibt somit eine Forderung, eine Bürstenanordnung
ohne Anschlussdrähte
zu entwickeln, bei der am Ende der Lebensdauer der Bürste weniger
Schäden
entstehen.
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Die
US 3,784,856 beschreibt
eine Bürstenhalteranordnung
für einen
Elektromotor, die ein rohrförmiges
Haltebauteil aufweist, in der ein Bürstenbauteil so verschiebbar
ist, dass das Bürstenbauteil mit
einem Kommutator in Kontakt steht. In dem rohrförmigen Haltebauteil ist eine
Druckfeder vorgesehen, um das Bürstenbauteil
in Kontakt mit dem Kommutator vorzuspannen. Eine sich in Längsrichtung erstreckende
Oberflächennut
ist in dem Bürstenbauteil
ausgebildet. Die Nut hat einen Anschlag, der geformt ist, um gegen
einen Vorsprung zu stoßen,
der in dem rohrförmigen
Halter ausgebildet ist, wenn die Bürste bis zu einem Ausmaß abgenutzt
ist, bei dem die Feder den Anschlag in Kontakt mit dem Vorsprung
drückt.
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Die
US 1,934,350 beschreibt
eine Bürstenhalteranordnung
für einen
Elektromotor mit einem Bürstenkasten,
in dem verschiebbar eine Bürste
aufgenommen ist. Ein Kontaktfinger ist schwenkbar an einer Welle
montiert und wird durch ein Paar innere und äußere Federbauteile vorgespannt,
so dass eine Kontaktspitze die Bürste
durch den Bürstenkasten nach
unten drückt.
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Die
US 2,104,721 beschreibt
eine Bürstenhalteranordnung
mit einem Rahmen, der eine rechteckige Öffnung hat, in der eine Bürste verschiebbar angeordnet
ist. Bürstenarme
werden durch Federn vorgespannt, um die Bürste durch den Schlitz mit dem
Kommutator in Eingriff zu bringen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist eine Bürstenanordnung
einen rohrförmigen
Bürstenhalter,
eine Bürste
aus Kohlenstoff, einen Arm, um die Bürste vorzuspannen, und eine
Feder auf, um den Arm vorzuspannen. Der Halter hat einen Hohlraum,
der sich in einer ersten Richtung erstreckt, durch die Seitenwände des
Halters gebildet ist und ein inneres und ein äußeren offenes Ende. Die Bürste ist
verschiebbar in dem Hohlraum des Halters montiert. Ein Anschlag
ist zwischen der Bürste
und dem Halter ausgebildet und hat eine Nicht-Eingriffstellung, um die teilweise Bewegung
der Bürste durch
das innere Ende des Halters zu ermöglichen, und eine Eingriffsstellung,
um die Bewegung der Bürste
durch das innere Ende des Halters zu begrenzen. Der elektrisch leitfähige Arm
ist schwenkbar an dem Träger
montiert und erstreckt sich durch einen Schlitz des Halters. Ein
distales Ende von dem Arm steht mit dem äußeren Ende der Bürste in
Eingriff und drück
die Bürste
in Richtung auf das innere Ende des Hohlraums. Die Feder ist zwischen
dem Träger
und dem Arm vorgesehen, um den Arm in Eingriff mit der Bürste vorzuspannen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Bürstenhalteranordnung
vorgesehen, mit:
einem Träger;
einem
an dem Träger
angebrachten, rohrförmigen Halter,
wobei der rohrförmige
Halter aufweist:
erste und zweite Seitenwände, die sich in einer ersten
Richtung erstrecken; und
einen sich in einer ersten Richtung
erstreckenden, durch die Seitenwände
des Halters gebildeten Hohlraum mit einem inneren und einem äußeren offenen Ende;
einer
verschiebbar in dem Hohlraum des Halters befestigten Bürste; und
einem
zwischen der Bürste
und dem Halter ausgebildeten Anschlag, der eine Nicht-Eingriffsstellung
hat, um die teilweise Bewegung der Bürste durch das innere Ende
des Halters zu ermöglichen,
und der eine Eingriffsstellung hat, um die Bewegung der Bürste durch
das innere Ende des Halters zu begrenzen;
dadurch gekennzeichnet,
dass der rohrförmige
Halter einen in der ersten Seitenwand ausgebildeten Schlitz aufweist,
der Schlitz ein inneres Ende hat, und dass die Bürstenhalteranordnung ferner
einen schwenkbar an dem Träger
befestigten, elektrisch leitfähigen
Arm aufweist, der sich durch den Schlitz des Halters erstreckt,
mit dem äußeren Ende
der Bürste
eingreifbar ist, die Bürste
in Richtung auf das innere Ende des Hohlraums vorspannt und nach
außen
von dem Ende des Schlitzes beabstandet ist, um auf die Bürste eine
Vorspannung auszuüben,
wenn sich der Anschlag in einer Eingriffstellung befindet; und
eine
Feder zum Vorspannen des Arms in Eingriff mit der Bürste zwischen
Träger
und Arm verbunden ist.
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Ein
signifikantes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Arm
nach außen
gerichtet von dem Ende des Schlitzes beabstandet ist, um auf die Bürste eine
Vorspannung aufzubringen, wenn sich der Anschlag in einer Eingriffsstellung
befindet. Als Folge wird die Bürste,
wenn sie abgenutzt ist, fest zwischen dem Arm und dem Anschlag gehalten.
Dies hat zu einer Verminderung hinsichtlich der Verschlechterung
der Komponenten der Bürstenanordnung
geführt.
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Der
Anschlag ist vorzugsweise durch erste und zweite Nuten, die jeweils
in den ersten und zweiten Seitenwänden der Bürste ausgebildet sind, und durch
angepasste erste und zweite Rippen gebildet, die in den Seitenwänden des
Halters ausgebildet sind. Die Nuten erstrecken sich von dem inneren Ende
der Bürste
in Richtung auf das äußere Ende
der Bürste
und nehmen die Rippen verschiebbar auf, um die Bewegung der Bürste in
dem Hohlraum des Halters zu führen,
wenn sich die Bürste
abnutzt. Erste und zweite Endwände
sind jeweils in den ersten und zweiten Nuten ausgebildet, und zwar
hinsichtlich des äußeren Ende
der Bürste
nach innen gerichtet. Die Anschlag-Eingriffsstellung ist erreicht,
wenn die Endwände
der Nuten mit den Rippen eingreifen und eine Bewegung der Bürste durch
das innere Ende des Halters begrenzen.
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Der
Arm ist mit dem Träger
vorzugsweise durch eine Schwenkverbindung mit geringer Reibung verbunden,
die durch eine Basis von dem Arm gebildet ist, die gegen eine scharfe
Kante von einem Vorsprung schwenkbar vorgespannt ist, der integriert
mit dem Halter ausgebildet ist.
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Durch
die Feder wird im Wesentlichen eine konstante Vorspannung auf die
Bürste
aufgebracht, und zwar durch die Verlagerung des Arms, wenn sich die
Bürste
abnutzt. Die Feder hat vorzugsweise ein Ende, das an dem Vorsprung
befestigt ist, einen Zwischenabschnitt, der um den Vorsprung gewickelt
ist, wobei das andere Ende mit dem mittleren Abschnitt des Arms
in Eingriff steht.
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Weitere
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden durch die detaillierte
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels, die beigefügten Ansprüche und
die beiliegenden Zeichnungen verdeutlicht oder können durch Ausführung der
Erfindung erlernt werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die
beiliegenden Zeichnungen beschrieben:
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1 ist
eine Draufsicht von einer Bürstenanordnung
gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Seitenansicht entlang Linie 2-2 aus 1, unter
der Ausnahme, dass die Bürste
aus dem Halter entfernt ist.
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3 ist
eine Seitenansicht von einer Bürste zur
Verwendung in der in 1 gezeigten Bürstenanordnung,
und zwar gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
eine axiale Querschnittsansicht entlang Linie 4-4 aus 3.
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5 ist
eine Querschnittsansicht in Querrichtung entlang Linie 5-5 aus 4.
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6 ist
eine Draufsicht auf den Arm zum Vorspannen der Bürste in der Bürstenanordnung
aus 1.
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7 ist
eine Seitenansicht von dem Arm aus 1 entlang
Linie 7-7 aus 6.
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8 ist
eine Endansicht von dem Arm aus 1 entlang
Linie 8-8 aus 6.
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9 ist
eine schematische Draufsicht von dem Arm, der Feder und dem Vorsprung
der Bürstenanordnung
aus 1. Der Arm, die Feder und der Vorsprung sind in
der Stellung A gezeigt, die einem Zustand entspricht, wenn sich
eine nicht abgenutzte Bürste
in dem Bürstenhalter
befindet.
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Das
bevorzugte Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist in 1–9 gezeigt und
ist eine Bürstenanordnung 11 für Universal-Kleinmotoren,
die normalerweise in kraftgetriebenen Werkzeugen und Haushaltsgeräten verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung findet auch auf andere Typen von Motoren
und Generatoren Anwendung, die Kommutatoren und Bürsten verwenden, um
einen elektrischen Kontakt zu den Wicklungen des Ankers herzustellen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie am besten in 1 und 2 gezeigt
ist, weist die Bürstenanordnung 11 einen
elektrisch leitfähigen,
rohrförmigen
Halter 13 auf, der an einem Träger befestigt ist. (In 2 ist
in dem Halter keine Bürste
gezeigt.) Der Träger
ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt
und ist vorzugsweise relativ zum Stator eines Motors befestigt.
Wie nachfolgend beschrieben wird, wird durch den Halter 13 eine
der primären
elektrischen Verbindungen zwischen einer in dem Halter 13 gehaltenen
Bürste 33 und
dem Stator des Motors (nicht gezeigt) bewirkt. Der Halter 13 hat
erste und zweite Seitenwände 17, 19.
Ein Hohlraum 21 erstreckt sich in einer ersten Richtung,
ist durch die Seitenwände 17, 19 des
Halters 13 definiert und hat ein inneres und ein äußeres offenes Ende.
Ein Schlitz 29 ist in der ersten Seitenwand des Halters 13 ausgebildet,
um einen Arm 31 aufzunehmen, um eine Bürste 33 in Richtung
auf den Kommutator 35 des Motors vorzuspannen. Der Schlitz 29 hat
vorzugsweise eine innere Endwand 37, die, mit Ausnahme
für die
vorliegende Erfindung, wie nachfolgend erläutert, normalerweise mit dem
Arm 31 eingreifen würde
und eine Bewegung des Arms 31 in Richtung auf den Kommutator 35 des
Motors begrenzen würde.
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Vorzugsweise
ist der Halter 13 aus einer einzigen Messingplatte 39 hergestellt,
die durch eine Anzahl von Vorsprüngen 41, 43 (von
diesen sind in 2 zwei gezeigt) an dem Träger befestigt
ist. Ein erster Anschluss 45, um den Halter 13 mit
dem Stator des Motors zu verbinden, ist an der Platte 39 ausgebildet
und erstreckt sich senkrecht zu der Ebene des Trägers. Ein zweiter Anschluss 47 (1, 2)
ist zur Verbindung mit dem Bürsten-Anschlussdrahtes
in einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung (nicht gezeigt) bei Verwendung einer Bürste mit
Anschlussdraht vorgesehen. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist für
Motoren gewünscht,
bei denen eine erhöhte
Unterdrückung
von EMI gefordert ist. Ein Vorsprung 49 ist ebenfalls integriert
mit der Platte 39 ausgebildet, um eine leitfähige Schwenkstelle
für den elektrisch
leitfähigen
Arm 31 zu bilden, um die Bürste 33 in Eingriff
mit dem Kommutator 35 vorzuspannen, wie nachfolgend erläutert wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie in 1 und 2–5 gezeigt,
weist die Anordnung 11 außerdem eine Bürste 33 auf,
die im Wesentlichen aus Kohlenstoff besteht. Die Bürste 33 ist aus
einer herkömmlichen
Zusammensetzung von Kohlenstoffpartikeln mit geeigneten Bindemitteln
hergestellt. Die Bürste 33 ist
verschiebbar in dem Hohlraum 21 des Halters 13 montiert
und hat ein inneres und ein äußeres Ende 51, 53 sowie
erste und zweite gegenüberliegende
Seitenwänden 57, 59,
die sich zwischen dem inneren und dem äußerem Ende 51, 53 erstrecken.
Vorzugsweise hat die Bürste 33 eine im
Wesentlichen rechteckige, quaderförmige Konfiguration mit einem
in Querrichtung verlaufenden Kanal 59 in der äußeren Endwand 53,
um ein distales Ende 60 von dem Arm 31 aufzunehmen.
Ein zweiter Strompfad zwischen dem Stator des Motors und dem Kommutator 53 erfolgt
durch Eingriff der Bürste 33 mit
den Seitenwänden 17, 19 des
Halters 13. Wie vorstehend angemerkt, ist der Halter durch
den ersten Anschluss 45 mit dem Stator des Motors verbunden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie in 1 und 3–5 gezeigt,
weist die Anordnung 11 außerdem einen Anschlag 61 auf,
der zwischen der Bürste 33 und
dem Halter 13 gebildet ist. Der Anschlag 61 hat
eine Nicht-Eingriffsstellung, um eine teilweise Bewegung der Bürste 33 durch
das innere Ende 25 des Halters 13 zu ermöglichen,
und eine Eingriffsstellung, um eine Bewegung der Bürste 33 durch
das innere Ende 25 des Halters 13 zu begrenzen.
Vorzugsweise ist der Anschlag 61 durch erste und zweite
Rippen 63, 65 sowie erste und zweite angepassten
Nuten 67, 69 gebildet. Die ersten und zweiten
Rippen 63, 65 sind gekrümmt, verlaufen axial und sind
in den ersten und zweiten Seitenwänden 17, 19 des
Halters 13 gebildet und erstrecken sich von diesen nach
innen. Durch Ausbildung der Rippen 63, 65 in integrierter
Weise von den Seitenwänden 17, 19 des
Halters 13 wird zur Vereinfachung und Verringerung der
Kosten der vorliegenden Erfindung beigetragen.
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Die
ersten und zweiten Nuten 67, 69 sind jeweils in
den ersten und zweiten Seitenwänden 57, 59 der
Bürste 33 ausgebildet
und erstrecken sich in der ersten Richtung 23. Die Nuten 67, 69 erstrecken
sich von dem inneren Ende 51 der Bürste 33 in Richtung auf
das äußere Ende 53 der
Bürste 33 und
nehmen die Rippen 63, 65 verschiebbar auf, um
die Bewegung der Bürste 33 in
dem Hohlraum 21 des Halters 13 zu führen, wenn
sich die Bürste 33 abnutzt.
Die Nuten 67, 69 haben vorzugsweise einen gekrümmten Querschnitt,
um an die Rippen 63, 65 des Halters 13 angepasst
zu sein. Andere Querschnittsformen der Führungen und Nuten 67, 69 können ebenfalls verwendet
werden. Um die Reibung zu vermindern, sollten die angepassten Flächen der
Führungen
und Nuten 67, 69 die gleiche Form haben. Ein wichtiges Merkmal
der Erfindung besteht darin, dass die Nuten 67, 69 sowie
die Endwände 70, 72 integriert
in dem Körper
der Kohlenstoffbürste
ausgebildet sind. Durch Weglassung zusätzlicher Teile, um die Führungs- und
Stopp-Funktionen der Bürste 33 in
dem Halter durchzuführen,
werden die Zuverlässigkeit
erhöht und
die Herstellungskosten vermindert.
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Alternativ
kann der Anschlag 61 durch ein einziges Paar von angepassten
Nuten 67, 69 und Rippen 63, 65 anstelle
der beiden Paare von angepassten Nuten 67, 69 und
Rippen 63, 65 gebildet sein. Auch hier kann die
Führung
der Bürste 33 in dem
Halter 13 durch einen Vorsprung gebildet werden, der in
der Seitenwand der Bürste 33 ausgebildet ist
und verschiebbar in einen Schlitz 29 in dem Halter 13 eingreift.
Keine dieser Alternativlösungen
ist gezeigt.
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Gemäß der Erfindung,
wie in 1, 2 und 7–9 gezeigt,
weist die Anordnung 11 außerdem den elektrisch leitfähigen Arm 31 auf,
um die Bürste 33 in
Richtung auf das innere Ende 25 des Hohlraums 21 vorzuspannen.
Der Arm 31 ist verschwenkbar an dem Träger montiert, erstreckt sich durch
den Schlitz 29 des Halters 13 und steht mit dem äußeren Ende 53 der
Bürste 33 in
Eingriff. Das wichtigste Merkmal besteht darin, dass der Arm 31 eine
Vorspannung auf die Bürste 33 aufbringt,
wenn sich der Anschlag 61 in einer Eingriffsstellung befindet.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das distale Ende 60 des Arms 31 nach außen gerichtet von
der Endwand 37 des Schlitzes 29 beabstandet, um
eine Vorspannung auf die Bürste 33 aufzubringen,
wenn die Nuten-Endwände 70, 71 mit
den Rippen 63, 65 eingreifen, um eine weitere,
nach innen gerichtete Bewegung der Bürste 33 zu verhindern. Wenn
daher der Anschlag 61 eingreift, was dem Ende der verwendbaren
Bürstenlänge entspricht, dann
wird der Rest der Bürste 33 fest
zwischen dem Arm 31 und den Rippen 63, 65 des
Halters 13 gehalten. Dadurch werden Vibrationen der Bürste 33 und Funkenbildung
am Ende der Lebensdauer der Bürste verhindert,
wodurch die Bürstenanordnung
gegen Verschlechterung geschützt
wird.
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Vorzugsweise
weist der Arm 31 außerdem eine
Basis auf, die durch erste und zweite Schenkel 71, 73 gebildet
ist. Jeder Schenkel 71, 73 weist mit einem Winkel
beabstandete Seitenwände 75, 77 auf, die
benachbart zu gegenüberliegenden
Seiten 81, 83 des Vorsprungs 49 angeordnet
und um den Vorsprung 69 über den Winkel verschwenkbar
sind, der zwischen den mit dem Winkel beabstandeten Seitenwänden 75, 77 gebildet
ist. Der Arm 31 ist an einer scharfen Kante 79 des
Vorsprungs 49 schwenkbar, um einen Schwenkpunkt mit geringer
Reibung bereitzustellen. Der Arm 31 ist nicht mit dem Vorsprung 49 verbunden,
außer
durch eine Feder 85, wie nachfolgend erläutert wird.
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Der
Arm 31 dient einer Anzahl von Zwecken. Erstens, der Arm 31 hält die Bürste 33 in
Eingriff mit dem Kommutator 35. Zweiten, der Arm 31 stellt
einen elektrischen Strompfad zwischen der Bürste 33 und dem Stator
des Motors über
den integriert an der Platte 39 gebildeten Vorsprung 49 zur
Verfügung. Dieser
Pfad wird durch den Strompfad zwischen der Bürste 33 und dem Halter 13 ergänzt. Der
Arm/Bürsten-Strompfad ist besonders
wichtig, beispielsweise dann, wenn ein Kommutator 35 abgenutzt
ist und Vibrationen der Bürste 33 bewirkt,
wodurch die Wirksamkeit des Bürsten/Halter-Strompfades reduziert wird.
Die Verwendung von parallelen Strompfaden und die Vermeidung von
Leistungsverlusten sind bei kabellosen kraftgetriebenen Werkzeugen
wichtig, um die verwendbare Energie einer einzelnen Aufladung von
dem Batterie-Pack zu verlängern.
Drittens, durch den Arm 31 wird die Feder 85 thermisch
von der Bürste 33 isoliert.
Durch übermäßige Hitze
wird die Feder 85 geglüht
und verliert ihre Federkonstante. Der Arm 31 wirkt als
eine Wärmesenke
und als ein Wärmestrahler.
Die Wärme
wird von dem Arm 31 abgeführt, indem er in der Luftströmung angeordnet
ist, die durch das Motorgebläse
(nicht gezeigt) erzeugt wird. Schließlich bewirkt der Arm 31 eine
inhärente Last
auf die Bürste 33,
damit die Bürste 33 nur
in einem geringerem Ausmaß Vibrationen
und Funkenbildung ausgesetzt ist.
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Gemäß der Erfindung,
wie in 1 und 9 gezeigt, beinhaltet die Anordnung 11 außerdem eine
Feder 85, die zwischen dem Träger und dem Arm 31 verbunden
ist, um den Arm 31 ein Eingriff mit der Bürste 33 vorzuspannen.
Vorzugsweise ist die Feder 85 eine Spiralfeder 85,
um eine annähernd
konstante Vorspannung über
den vollen Bewegungsbereich des Arms 31 auf die Bürste 33 aufzubringen.
Eine Spiralfeder 85 mit einer geringer Federkonstanten
ist für
diese Anwendung besonders geeignet. Die Spiralfeder 85 hat
ein Ende 87, das mit dem Vorsprung 49 verbunden
ist, einen Zwischenabschnitt 89, der mehrere Male den Vorsprung 49 umgibt,
und ein zweites Ende 91, das mit einem mittleren Bereich
des Arms 31 verbunden ist, um den Arm 31 fest
gegen den Vorsprung 49 und in Richtung auf die Bürste 33 vorzuspannen.
(In 1 ist der Zwischenabschnitt 89 der Feder 85 aus
Gründen
der Klarheit größtenteils
weggelassen. Der Zwischenabschnitt 89 der Feder 85 hat
neun Windungen, aber in 9 ist aus Gründen der Klarheit eine verminderte Anzahl
von Windungen gezeigt.) Wie in 1 gesehen
werden kann, entspricht die Bewegung des Arms 31 zwischen
den Stellungen A und B nur einem geringen Prozentsatz der Bewegung
der Feder 85, was es erforderlich macht, die Feder 85 um
den Vorsprung 49 herumzuwickeln, was zu einer annähernd konstanten
Vorspannung auf die Bürste 33 während der
Lebensdauer der Bürste 33 führt. Ein
enges Eingreifen zwischen den Arm 31 und dem Vorsprung 49 ist
wichtig, um zu gewährleisten,
dass ein guter elektrischer Kontakt hergestellt wird. Alternativ
kann die Feder 85 eine Schraubenfeder oder eine Torsionsfeder 85 sein,
die zwischen dem Träger
und dem Arm 31 verbunden ist und den Arm 31 in
Eingriff mit der Bürste 33 vorspannt.
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Bei
Betrieb, wenn eine Bürste 33 abgenutzt ist,
befindet sich der Arm 31 in Stellung A und spannt die Bürste 33 in
Kontakt mit dem Kommutator 35 vor. In dieser Stellung befinden
sich die Rippen 63, 65 in dem Halter 13 in
dem inneren Ende der Nuten 67, 69, was der Nicht-Eingriffs stellung
des Anschlags 61 entspricht. Wenn die Bürste 33 durch Eingreifen
mit dem Kommutator 35 während
des Betriebs des Motors abgenutzt wird, wird die Bürste 33 zunehmend
kürzer und
beginnt sich in Richtung auf den Kommutator 35 zu bewegen,
und zwar infolge der durch den Arm 31 aufgebrachten Vorspannung.
Eine solche Bewegung setzt sich fort, bis die Rippen 33, 35 des
Halters 13 mit den Endwänden 70, 72 der
Nuten 67, 69 eingreifen, was der Eingriffsstellung
des Anschlags 61 entspricht. Wenn sich der Anschlag 61 in
Eingriff befindet, dann befindet sich der Arm 31 in Stellung
B, und eine Bewegung der Bürste 33 durch
das innere Ende 25 des Halters 13 ist nicht mehr
möglich.
In Stellung B befindet sich der Arm 31 außerhalb
des inneren Endes des Schlitzes 29. Als eine Folge wird
die Bürste 33 fest
zwischen dem Arm 31 und den Rippen 63, 65 des
Halters 13 gehalten.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass bei der Entwicklung
von Bürstenanordnungen
ohne Anschlussdraht, aber mit einem elektrisch leitfähigen Vorspannarm 31,
herausgefunden wurde, dass eine Verschlechterung des Kommutators 35 und
des Arms 31 am Ende der Lebensdauer der Bürste signifikant
reduziert werden kann. Es wird angenommen, dass die Verschlechterung
durch Vibrationen und Spiel der Bürste 33 am Ende der
Lebensdauer der Bürste
erzeugt wurde. Das Spiel entstand, da der Arm 31, der mit
einem Schlitz 29 in der Seitenwand des Bürstenhalters 13 eingriff
und bezüglich
seiner Bewegung durch Eingreifen des Arms 31 mit der Endwand 37 des
Schlitzes 29 begrenzt war. Wenn sich die Bürste 33 weiter
abnutzte, war der Arm 31 nicht mehr in der Lage, die Bürste 33 fest
gegen den Kommutator 35 vorzuspannen. Daher war die Bürste 33 Gegenstand
von Vibrationen und Funkenbildung zwischen der Bürste 33 und dem Arm 31 sowie
zwischen der Bürste 33 und
dem Kommutator 35. Daher besteht ein wesentlicher Vorteil
der vorliegenden Erfindung darin, dass die Bürste 33 fest zwischen
dem Arm 31 und den Rippen 63, 65 des
Halters 13 gehalten wird, wenn die Bürste 33 abgenutzt wird.
Als Folge wird eine Beschädigung
des Arms 31 und des Kommutators 35 reduziert.
Wenn keine spezielle Maßnahmen
vorgesehen sind, um anzugeben, wann die Bürste 33 abgenutzt
ist, dann wird der Betrieb des Motors beendet, wenn der elektrische
Kontakt zwischen der Bürste 33 und
dem Kommutator nicht mehr möglich
ist. Die abgenutzte Bürste 33 wird dann
durch eine neue Bürste 33 ersetzt.
Da die abgenutzte Bürste 33 ersetzt
wird, wobei dem Motor weniger Schäden entstanden sind, wird die
Lebensdauer des Motors erhöht.
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Außerdem gibt
es noch weitere Vorteile, die aus der vorliegenden Erfindung resultieren.
Wenn gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
eine Bürste
ohne Anschlussdraht verwendet wird, dann werden für die Anordnung 11 geringere
Herstellungskosten, eine geringere Betriebstemperatur und eine verbesserte
Zuverlässigkeit
erreicht.
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Es
ist für
einen Fachmann offensichtlich, dass die obige Ausgestaltung lediglich
anhand eines Beispiels beschrieben wurde und in keiner Weise als Einschränkung ausgelegt
werden soll, und dass verschiedene Abwandlungen und Modifikationen
möglich
sind, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, der durch
die beigefügten
Ansprüche
definiert ist.