EP0081828B1 - Kohlebürste für elektrische Maschinen - Google Patents

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EP0081828B1
EP0081828B1 EP82111465A EP82111465A EP0081828B1 EP 0081828 B1 EP0081828 B1 EP 0081828B1 EP 82111465 A EP82111465 A EP 82111465A EP 82111465 A EP82111465 A EP 82111465A EP 0081828 B1 EP0081828 B1 EP 0081828B1
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EP
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carbon brush
brush according
flank
groove
curvature
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EP82111465A
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EP0081828A2 (de
EP0081828A3 (en
Inventor
Peter Dipl.-Ing. Hoffmann
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Hoffmann and Co Elektrokohle AG
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Hoffmann and Co Elektrokohle AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/18—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
    • H01R39/26—Solid sliding contacts, e.g. carbon brush

Definitions

  • the invention relates to a carbon brush for electrical machines with a contact surface which has a hollowed profile in cross section for contacting a collector or slip ring with a nominal radius.
  • Such carbon brushes are described in FR-A-2437710 and FR-A-1 174 253.
  • the tread has a uniform circular arc-shaped profile over its width, the radius of which corresponds to the nominal radius.
  • the flanks of the profile lying on both sides of the central plane therefore have the same radius of curvature and the same center of curvature lying on the plane.
  • the aim here is to have the tread on the collector as large as possible and thus to distribute the current as far as possible over the entire surface.
  • carbon brushes generally require a break-in period during which the ideal operating conditions have not yet been reached.
  • the carbon brush may be asymmetrically positioned on the collector, which is due in particular to the inevitable play of the carbon brush in the brush holder.
  • the system can fail during load peaks and, as a result, costly downtimes and repair times.
  • the object of the invention is to create a carbon brush with improved running-in behavior.
  • flanks of the tread pattern lying on both sides of the center plane and inclined to it run without curvature or with less curvature than the nominal radius tangential to a circle with nominal radius.
  • the two flanks of the tread pattern thus run steeper than a circle corresponding to the nominal radius, and when the carbon brush is attached to the collector, the collector initially has a line contact symmetrically on both sides of the central plane. This also results in a symmetrical load, with actuating forces acting perpendicular to the tread flanks, which force a geometric and thus also an electrical symmetry.
  • the running-in process is thus largely symmetrical until, as the contact surface of the carbon brush wears out, the collector is more and more completely covered on both sides of the tread pattern in accordance with the continuous operating state.
  • each flank of the profile is curved with respect to a center of curvature lying on the other side of the center plane.
  • each flank can be formed by rib-like elevations which run in the transverse direction of the contact surface and are separated from one another by groove-like depressions. It is particularly advantageous if the rib-like elevations of one flank continue the groove-like depressions of the other flank. This also makes manufacturing easier.
  • the groove-like depressions in each flank of the contact surface can e.g. have a flat course perpendicular to the central plane, or they can be designed to decrease in a clearance angle with respect to a plane perpendicular to the central plane.
  • the rib-like elevations preferably have a rectangular cross section.
  • the carbon brush 1 shown in FIG. 1 has a running surface 2, which is formed by rib-like raised surface areas 4, 5.
  • the surface areas 4 lie on one side and the surface areas 5 on the other side of the longitudinal center plane or plane of symmetry 6 of the carbon brush 1.
  • Each rib-like raised surface area 4, 5 has a rectangular cross section and a cylindrically curved surface. These surfaces of the rib-like elevations 4, 5 form the two flanks of the contact surface profile of the carbon brush 1 on both sides of the central plane 6.
  • each raised surface area 4, 5 is curved with a radius of curvature R1, specifically around a center point M ', M ", which is not on the central plane 6, but is offset from the latter to the other side
  • Radius of curvature R1 is slightly larger than the nominal radius R2 of the collector with which the brush is to be used, so the raised surface areas 4, 5 curved with radius R1 lie tangentially to a circle with nominal radius R2 around a center point M lying on the central plane 6
  • Initial contact with a collector with radius R2 is thus linearly symmetrical on both sides of the central plane 6, the areas of contact widening rapidly as the wear progresses, but are still symmetrical to the central plane 6.
  • the low point of the tread pattern only comes after very extensive wear on the middle level 6 in contact with the collector circle profile with radius R2.
  • Each raised surface area 4 or 5 continues on the other side of the central plane 6 in a groove-like recessed surface area 8 or 9.
  • Its profile course transverse to the central plane 6 is in itself arbitrary. For example, as shown in FIG. 2 at 8 ′, it can continue the curvature of the raised surface area 4 with the radius R1 around the center point M ". However, as indicated in Fig. 1 at 8, they can also have a flat course perpendicular to the central plane 6. Finally, in Fig. 1 at 8" a course is indicated in which the groove-like surface area with a clearance angle opposite the plane perpendicular to the central plane 6 is formed sloping.
  • Fig. 3 shows an embodiment in which the rib-like raised surface areas 4, 5 of the two flanks of the contact surface profile have a flat course inclined to the central plane 6, so that there is a dovetail-shaped contact surface profile. These surfaces are tangent to a circle with the nominal radius R2, the contact at the contact points 11 initially being even more linear than in the embodiment according to FIGS. 1 and 2.
  • the profiling of the contact surface of the carbon brush according to the invention can advantageously be carried out simultaneously with the pressing of the carbon brush, in which case no reworking of the pressed contact surface to adapt to the collector is required when the brush is finished.

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  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kohlebürste für elektrische Maschinen mit einer Kontaktfläche, die im Querschnitt ein ausgehöhltes Profil zur Anlage an einen Kollektor oder Schleifring mit Sollradius aufweist. Derartige Kohlebürsten sind in der FR-A- 2437710 und FR-A- 1 174 253 beschrieben.
  • Bei bekannten Kohlebürsten hat die Lauffläche über ihre Breite ein einheitlich kreisbogenförmiges Profil, dessen Radius dem Sollradius entspricht. Die auf beiden Seiten der Mittelebene liegenden Flanken des Profils haben also gleichen Krümmungsradius und den gleichen, auf der Ebene liegenden Krümmungsmittelpunkt. Hiermit wird eine möglichst grossflächige Anlage der Lauffläche am Kollektor und damit eine möglichst über die ganze Fläche verteilte Strombelastung angestrebt. Es ist jedoch bekannt, dass Kohlebürsten grundsätzlich eine Einlaufzeit benötigen, während der die idealen Betriebsverhältnisse noch nicht erreicht werden. Bei diesem Einlaufen kann es selbst dann, wenn das Laufflächenprofil ohne Toleranzfehler dem Sollradius entsprechend hergestellt wurde, zu einer asymmetrischen Anlage der Kohlebürste am Kollektor kommen, welches insbesondere durch das unvermeidliche Spiel der Kohlebürste im Bürstenhalter bedingt ist. Während dieses Einlaufzustandes kann es bei Belastungsspitzen zu einem Versagen des Systems und dadurch bedingten kostspieligen Stand- und Reparaturzeiten kommen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kohlebürste mit verbessertem Einlaufverhalten zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die zu beiden Seiten der Mittelebene liegenden, zu dieser geneigten Flanken des Laufflächenprofils ohne Krümmung oder mit geringerer Krümmung als der Sollradius tangential zu einem Kreis mit Sollradius verlaufen.
  • Die beiden Flanken des Laufflächenprofils verlaufen somit von Anfang an steiler als ein dem Sollradius entsprechender Kreis, und beim Ansetzen der Kohlebürste an den Kollektor hat dieser zunächst eine Linienberührung symmetrisch zu beiden Seiten der Mittelebene. Hierdurch kommt es auch zu einer symmetrischen Kraftbelastung, wobei senkrecht zu den Laufflächenflanken wirkende Stellkräfte auftreten, die eine geometrische und damit auch eine elektrische Symmetrie erzwingen. Der Einlaufvorgang erfolgt somit weitgehend symmetrisch, bis durch zunehmende Abnutzung der Kontaktfläche der Kohlebürste eine mehr und mehr ganzflächige Anlage des Kollektors an beiden Flanken des Laufflächenprofils entsprechend dem Dauerbetriebszustand erreicht ist.
  • Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jede Flanke des Profils bezüglich eines auf der jeweils anderen Seite der Mittelebene liegenden Krümmungsmittelpunktes gekrümmt.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann jede Flanke von in Querrichtung der Kontaktfläche verlaufenden rippenartigen Erhöhungen gebildet sein, die durch nutartige Vertiefungen voneinander getrennt sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die rippenartigen Erhöhungen der einen Flanke in Fortsetzung der nutartigen Vertiefungen der anderen Flanke verlaufen. Hierdurch wird vor allem auch die Fertigung erleichtert. Die nutartigen Vertiefungen in jeder Flanke der Kontaktfläche können z.B. einen ebenen Verlauf senkrecht zur Mittelebene aufweisen, oder sie können gegenüber einer zur Mittelebene rechtwinkligen Ebene in einem Freiwinkel abfallend ausgebildet sein.
  • Die rippenartigen Erhöhungen haben vorzugsweise einen rechtwinkligen Querschnitt.
  • Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
    • Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Kohlebürste gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
    • Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Kohlebürste nach Fig. 1.
    • Fig. 3 zeigt im Querschnitt eine andere Ausführungsform der Kohlebürste.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Kohlebürste 1 hat eine Lauffläche 2, die gebildet wird von rippenartig erhöhten Flächenbereichen 4, 5. Die Flächenbereiche 4 liegen auf der einen und die Flächenbereiche 5 auf der anderen Seite der Längsmittelebene oder Symmetrieebene 6 der Kohlebürste 1. Jeder rippenartig erhöhte Flächenbereich 4, 5 hat einen rechteckigen Querschnitt und eine zylindrisch gekrümmte Oberfläche. Diese Oberflächen der rippenartigen Erhöhungen 4, 5 bilden die beiden Flanken des Kontaktflächenprofils der Kohlebürste 1 zu beiden Seiten der Mittelebene 6.
  • Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist jeder erhöhte Flächenbereich 4, 5 mit einem Krümmungsradius R1 gekrümmt, und zwar um einen Mittelpunkt M', M", der nicht auf der Mittelebene 6, sondern von dieser nach der jeweils anderen Seite versetzt liegt. Der Krümmungsradius R1 ist etwas grösser als der Sollradius R2 des Kollektors, mit dem die Bürste verwendet werden soll. Somit liegen die mit Radius R1 gekrümmten erhöhten Flächenbereiche 4, 5 tangential zu einem Kreis mit Sollradius R2 um einen auf der Mittelebene 6 liegenden Mittelpunkt M. Die anfängliche Berührung mit einem Kollektor mit Radius R2 erfolgt somit linienförmig symmetrisch zu beiden Seiten der Mittelebene 6, wobei sich mit fortschreitender Abnutzung die Berührungsflächen rasch verbreitern, aber nach wie vor symmetrisch zur Mittelebene 6 liegen. Erst nach sehr weitgehender Abnutzung kommt auch der Tiefpunkt des Laufflächenprofils auf der Mittelebene 6 in Berühung mit dem Kollektorkreisprofil mit Radius R2.
  • Jeder erhöhte Flächenbereich 4 bzw. 5 setzt sich auf der jeweils anderen Seite der Mittelebene 6 in einem nutartig vertieften Flächenbereich 8 bzw. 9 fort. Dessen Profilverlauf quer zur Mittelebene 6 ist an sich beliebig. Er kann beispielsweise, wie in Fig. 2 bei 8' dargestellt ist, in Fortsetzung der Krümmung des erhöhten Flächenbereichs 4 mit dem Radius R1 um den Mittelpunkt M" verlaufen. Sie können aber auch, wie in Fig. 1 bei 8 angegeben ist, einen ebenen Verlauf rechtwinklig zur Mittelebene 6 haben. Schliesslich ist in Fig. 1 bei 8" ein Verlauf angedeutet, bei dem der nutartige Flächenbereich mit einem Freiwinkel gegenüber der zur Mittelebene 6 senkrechten Ebene abfallend ausgebildet ist.
  • Jeweils wesentlich ist, dass die nutartigen Vertiefungen der einen Kontaktflächenflanke in Fortsetzung der rippenartigen Erhöhungen der anderen Flanke verlaufen und umgekehrt.
  • Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der die rippenartig erhöhten Flächenbereiche 4, 5 der beiden Flanken des Kontaktflächenprofils einen ebenen, zur Mittelebene 6 geneigten Verlauf haben, so dass sich ein schwalbenschwanzförmiges Kontaktflächenprofil ergibt. Diese Flächen liegen tangential zu einem Kreis mit dem Sollradius R2, wobei der Kontakt an den Berührungsstellen 11 anfänglich noch stärker linienförmig ist als bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2.
  • Die erfindungsgemässe Profilierung der Kontaktfläche der Kohlebürste kann in vorteilhafter Weise gleichzeitig mit dem Pressen der Kohlebürste erfolgen, wobei dann keine Nachbearbeitung der gepressten Kontaktfläche zur Anpassung an den Kollektor bei der Endfertigung der Bürste erforderlich ist. Es ist jedoch auch möglich, die erfindungsgemässe Ausbildung der Laufflächen durch nachträgliches mechanisches Bearbeiten der gepressten Bürste vorzunehmen, wobei insbesondere die nutartig vertieften Flächenbereiche 8, 9 das mechanische Bearbeiten der ihnen jeweils gegenüberliegenden rippenartig erhöhten Flächenbereiche 4, 5 erleichtern.

Claims (7)

1. Kohlebürste (1) für elektrische Maschinen mit einer Kontaktfläche, die im Querschnitt ein ausgehöhltes Profil mit zur Mittelebene geneigten Flanken (4, 5) zur Anlage an einen Kollektor od. dgl. Schleifring mit Sollradius (R2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Flanken (4, 5) des Profils ohne Krümmung oder mit geringerer Krümmung (R1) als der Sollradius (R2) tangential zu einem Kreis mit Sollradius (R2) verlaufen.
2. Kohlebürste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Flanke (4, 5) bezüglich eines jeweils auf der anderen Seite der Mittelebene (6) liegenden Krümmungsmittelpunktes (M', M") gekrümmt ist.
3. Kohlebürste nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Flanke des Kontaktflächenprofils von in Querrichtung der Kontaktfläche verlaufenden, rippenartig erhöhten Flächenbereichen (4, 5) gebildet wird, die durch nutartige Vertiefungen (8, 9) voneinander getrennt sind.
4. Kohlebürste nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die rippenartigen Erhöhungen (4) der einen Flanke in Fortsetzung der nutartigen Veriefungen (8) der anderen Flanke verlaufen.
5. Kohlebürste nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die rippenartigen Erhöhungen (4) im Querschnitt rechtwinklig ausgebildet sind.
6. Kohlebürste nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede nutartige Vertiefung (8, 9) einen zur Mittelebene (6) annähernd rechtwinkligen Verlauf hat.
7. Kohlebürste nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede nutartige Vertiefung (8', 9') gegenüber einer zur Mittelebene (6) rechtwinkligen Ebene (10) in einem Freiwinkel abfallend ausgebildet ist.
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EP0081828A3 EP0081828A3 (en) 1984-03-21
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