EP2195890A1 - Kohlebürstenanordnung für eine elektrische maschine - Google Patents

Kohlebürstenanordnung für eine elektrische maschine

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Publication number
EP2195890A1
EP2195890A1 EP08804557A EP08804557A EP2195890A1 EP 2195890 A1 EP2195890 A1 EP 2195890A1 EP 08804557 A EP08804557 A EP 08804557A EP 08804557 A EP08804557 A EP 08804557A EP 2195890 A1 EP2195890 A1 EP 2195890A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
carbon
carbon brush
brushes
carbon brushes
brush assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08804557A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Bayer
Sven Hartmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2195890A1 publication Critical patent/EP2195890A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01R39/38—Brush holders
    • H01R39/41—Brush holders cartridge type
    • H01R39/415—Brush holders cartridge type with self-recoiling spring
    • 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
    • H01R39/38—Brush holders

Definitions

  • the invention relates to a carbon brush assembly for an electric machine according to the preamble of claim 1.
  • Carbon brush assemblies for electrical machines serve to supply electrical energy to a rotor. They serve here the current introduction in counter contact arrangements, which are formed for example as slip rings or commutator slip rings.
  • the current is in this case introduced via one or more pairs of brushes in armature windings, in DC motors via a commutator.
  • These pairs of brushes in this case brushes, which usually consist of a sintered material, which has mainly copper and graphite components.
  • This and the slip rings, in particular the commutator are subject to wear in operation, which is largely caused by an electrical discharge.
  • the object of the invention is to provide a carbon brush assembly of the generic type which avoids the disadvantages mentioned and can ensure a significantly increased life expectancy for safe operation.
  • a carbon brush assembly for an electrical machine, in particular a commutator for an electric machine, with at least two carbon brushes, which are arranged axially adjacent to each other and cooperate with a rotatable mating contact arrangement.
  • the carbon brushes are formed as directly or indirectly mutually axially supporting carbon brushes.
  • the carbon brushes are thus formed in the carbon brush assembly according to the invention in such a way that they support each other either directly or indirectly axially. Accordingly, they are not, as described above, mounted on separate rocker arms, resulting in may cause unwanted vibration or vibration, but such that they are in ab limbandem contact with each other in the axial direction.
  • This can be indirect, that is to say in such a way that the carbon brushes of the carbon brush arrangement are in direct contact, or indirectly, that is, such that an element conveying the support is arranged between the carbon brushes.
  • This has the particular advantage that the current flow between the carbon brushes of the carbon brush assembly can compensate, so that a uniform current density in the transition to the mating contact arrangement can be achieved.
  • the carbon brushes are axially in contact with each other.
  • the carbon brushes of the carbon brush assembly touch directly, a side wall of a carbon brush thus touches another side wall of another, adjacent carbon brush.
  • the compensation of the current flow between the carbon brushes takes place here directly between these side walls, so that prevails at the contact surfaces to the mating contact arrangement a balanced current density over the entire contact surfaces.
  • the carbon brushes of the carbon brush assembly are mutually supported in the axial direction, so that a significantly better mechanical stability than in independently spaced carbon brushes. In particular, vibrations that can be induced in individual carbon brushes and can lead to a reduction of the contact pressure and / or power transmission, are thus reliably avoided.
  • the carbon brushes lie between the carbon brushes, a wall of a carbon brush holder.
  • the carbon brushes are taken, that is, for example, in an at least partially comprehensive or enveloping enclosure out, wherein between the carbon brushes to mediate the axial support the wall of the
  • Carbon brush holder is located. Consequently, one carbon brush of the carbon brush assembly rests on the wall, with the other carbon brush of the carbon brush assembly being supported on the opposite side of the wall.
  • the carbon brush holder of conductive material for example of metal
  • a particularly good compensation of the flow of current between the carbon brushes is ensured, and a very good and individual radial guidance of the individual carbon brushes of the carbon brush arrangement is possible. This can cause individual wear of the Carbon brushes with the associated change in length are very well taken into account.
  • the brushes in contact form a positive connection with each other, in particular a in
  • the carbon brushes have such a configuration of the contacting side walls that these side walls in contact with contact form the form-fit due to this configuration. For example, it is possible to concave one side wall of one carbon brush while the other
  • each carbon brush is assigned its own brush spring. This ensures that each carbon brush, irrespective of the other carbon brush, experiences an optimum contact pressure acting directly on it in the radial direction. Thus, the optimal contact with the mating contact arrangement is guaranteed for each carbon brush.
  • the rotatable mating contact arrangement are lamellae of a commutator.
  • the reduction of the current density is particularly desirable in DC motors using a commutator. With the proposed arrangement, such can be achieved very effectively, so that the life of the commutator and carbon brushes can be significantly extended.
  • each carbon brush has its own power supply.
  • the power supply lines of the individual carbon brushes of the carbon brush assembly are electrically connected in parallel, the current introduction into the carbon brushes in Optimized for the flow of current and the compensation of the current flow within the carbon brushes.
  • a concentration of the current introduction into the carbon brush cross section thus does not take place in a significant manner, but on the contrary is avoided.
  • Due to the design with its own power supply lines and direct or indirect mutual axial support between the carbon brushes a very good balance of the current flow from the power input through to the contact surface in the transition to the mating contact arrangement, wherein at any point of the cross section, an excessive current density occurs.
  • the service life of the carbon brushes and the mating contact arrangement in particular a commutator, can thereby be considerably increased.
  • FIG. 1 shows a carbon brush assembly with two axially adjacent carbon brushes
  • Figure 2 shows two carbon brushes with a circumferentially acting
  • Figure 3 shows a carbon brush assembly with a carbon brushes receiving carbon brush holder.
  • FIG. 1 shows a carbon brush arrangement 1 for an electric machine 2, which is shown only partially.
  • the carbon brush arrangement 1 has two carbon brushes 3 which are arranged next to one another in the axial direction, ie parallel to a rotation axis 4 of a rotor 5 of the electric machine 2, and with a rotatable one Counter contact arrangement 6, for example, a commutator 7, cooperate.
  • the carbon brushes 3 meet for this interaction with the rotatable mating contact arrangement 6 facing contact surfaces 8 Counter contact surfaces 9 of a peripheral surface 10 of the rotatable mating contact arrangement 6, so that they are superimposed with these in contact position.
  • the contact surfaces 8 are formed on undersides 11 of the carbon brushes 3.
  • each carbon brush 3 at least one brush spring 13, for example, as a compression coil spring 14, provided which acts on the carbon brush 3 at the top 12 with a spring force.
  • the brush spring 13 is supported on the one hand on the upper side 12 of the carbon brushes 3, on the other hand on a carbon brush holder 15, which may be formed, for example, in the form of an inverted U, in the form of a bracket 16 or in another suitable manner, which only has to be ensured the carbon brush holder 15, the carbon brushes 3 in a suitable manner, ie in particular ensures a sufficient axial and / or radial guidance of the carbon brushes 3.
  • each carbon brush 3 has its own power supply 19, which may each be connected to a power supply cable 20.
  • the power input into the carbon brushes 3 takes place here by the power supply 19 on the upper side, ie at the top 12 of each carbon brush 3.
  • the carbon brushes 3 are in this case electrically connected in parallel, the carbon brush assembly 1 shown here is therefore unipolar. It is to be repeated for each additional, required pole of the electric machine 2.
  • the power supply 19 is in this case the upper side, for example via a means of a contact plate 21 with the
  • Carbon brush 3 coupled strand 22 executed.
  • the carbon brushes 3 are arranged in the axial direction so that they support each other with their immediately opposite side walls 23, so the opposite side walls 23 of the two Carbon brushes 3 are in contact with each other. In this way, the current flow is distributed evenly between the two carbon brushes 3 on the side walls 23 until it reaches the contact surfaces 8 on the undersides 11 of the carbon brushes 3 for transmission to the rotatable mating contact arrangement 6. To transfer the current to the rotatable
  • Counter contact arrangement 6 here is a much larger contact surface 8 on the carbon brushes 3 and a corresponding mating contact surface 9 on the rotatable mating contact arrangement 6 available, whereby the current density is advantageously reduced in transmission from the contact surfaces 8 on the mating contact surfaces 9.
  • the electrical erosive wear of both the carbon brushes 3 and the rotatable mating contact arrangement 6 can thereby be significantly reduced in a very advantageous manner and the life can be significantly increased.
  • FIG. 2 shows two variants of the geometric design of carbon brushes 3 in a representation of the carbon brushes 3 in cross section, ie in the viewing direction radially to the axis of rotation 4 of the rotatable counter contact arrangement 6, not shown.
  • the mating contact arrangement 6 (see FIG. 1), not shown, rotates about the axis of rotation 4. whereby in the direction of rotation orparticularlyshchtung R (shown bidirectionally) forces on the
  • Carbon brushes 3 act, which can lead to an acting in the circumferential direction R offset, in particular in the form of a non-illustrated by the rotatable mating contact arrangement 6 tangentially sliding offset relative to the radial direction.
  • the carbon brushes 3 therefore have such a geometric design that between each two adjacent
  • Carbon brushes 3 a positive fit 24 is when the carbon brushes 3 are supported with their side walls 25 axially against each other.
  • the side walls 25 are for this purpose designed such that in each case a left side wall 26 of a her opposite to the same carbon brush 3 right side wall 27 is formed adapted to shape.
  • the left side wall 26 may be formed in a concave shape 28, while the opposite, right side wall 27 in a concave shape 28 corresponding convex 29 is executed.
  • the left side walls 26 and right side walls 27 can in this case be embodied in all geometrical configurations that are meaningful for a corresponding form fit, for example as shown in variant b of FIG. 2, in the form of a stepped recess 30 in groove form with a corresponding stepped rail 31 on the opposite side wall
  • a (not shown here) execution of engaging pins and corresponding recesses is possible, but the design as in the radial direction of the carbon brushes 3 continuous geometry has the advantage of wearing the carbon brushes 3 to take into account and at progressive wear of the carbon brushes 3 to form a reliable positive connection 24.
  • FIG. 3 shows a carbon brush arrangement 1 of an electrical machine 2, in which, as described above, two carbon brushes 3 interact with a rotatable countercontact arrangement 6, for example a commutator 7.
  • the carbon brushes 3 are radially guided in the carbon brush holder 15, wherein in turn between the upper side 12 of each carbon brush 3 and the carbon brush holder 15 for applying force to the carbon brushes 3 in
  • the wall 32 is preferably made of electrically conductive material 17, in particular of metal 18th

Landscapes

  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kohlebürstenanordnung (1) für eine elektrische Maschine (2), mit mindestens zwei Kohlebürsten (3), die axial nebeneinander angeordnet sind und mit einer drehbaren Gegenkontaktanordnung (6) zusammenwirken. Es ist vorgesehen, dass die Kohlebürsten (3) als sich unmittelbar oder mittelbar gegenseitig axial abstützende Kohlebürsten (3) ausgebildet sind.

Description

Beschreibung
Titel
Kohlebürstenanordnung für eine elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft eine Kohlebürstenanordnung für eine elektrische Maschine nach Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Kohlebürstenanordnungen für elektrische Maschinen sind bekannt. Sie dienen der Zuführung elektrischer Energie zu einem Rotor. Sie dienen hierbei der Stromeinleitung in Gegenkontaktanordnungen, die beispielsweise als Schleifringe oder als Kommutatorschleifringe ausgebildet sind. Der Strom wird hierbei über ein oder mehrere Bürstenpaare in Ankerwicklungen eingeleitet, bei Gleichstrommotoren über einen Kommutator. Diese Bürstenpaare weisen hierbei Bürsten auf, die meist aus einem Sinterwerkstoff bestehen, der hauptsächlich Kupfer- und Graphitanteile aufweist. Dieser sowie die Schleifringe, insbesondere der Kommutator, unterliegen im Betrieb einem Verschleiß, der zum großen Teil durch einen elektroerosiven Abtrag verursacht wird. Insbesondere bei Kommutatoranordnungen ist ein erheblicher elektroerosiver Abtrag durch Funkenbildung zu beobachten, der sich aus der sehr hohen Stromdichte ergibt, die dadurch entsteht, dass sich Lamellen des Kommutators unter der Kohlebürste im Betrieb des Elektromotors wegdrehen, folglich die zur Stromleitung zur Verfügung stehende Fläche zwischen Kohlebürste und Gegenkontaktanordnung durch eben diese Bewegung beständig kleiner wird und letztlich gegen null geht, bevor die nächste Lamelle strombeaufschlagt wird. Die Stromdichte ist hier sehr hoch. Um eine höhere Laufzeit und Lebensdauer der elektrischen Maschine beziehungsweise ihrer Kohlebürstenanordnung zu erreichen, ist eine Reduktion der Stromdichte wünschenswert, um den hierauf entfallenden Anteil des elektroerosiven Verschleißes zu verringern. Dies kann sinnvoller Weise lediglich durch eine Ausdehnung der Kohlebürsten und der Schleifringe beziehungsweise des Kommutators in Axialrichtung erfolgen, da einer Ausdehnung in Umfangshchtung der Schleifringe prinzipbedingte Grenzen gesetzt sind, insbesondere bei einem Kommutator, bei dem die Lamellenbreite als limitierende Größe hinzutritt. Auch einer solchen Verlängerung in Axialrichtung sind allerdings Grenzen gesetzt, da lange und gleichzeitig nicht besonders starke Kohlebürsten aufgrund ihres Materialgefüges zur Instabilität neigen, prozesstechnisch schwer herzustellen sind und insbesondere auch der erforderliche gleichmäßige Anpressdruck nur durch besondere Bauformen der Kohlebürstenanordnung, wie beispielsweise durch Verwendung von Blatt- Spiralfedern, zu erreichen ist; insbesondere bei schlechtem Anpressdruck in Bereichen der Kontaktflächen kommt es nämlich zu einer starken Funkenbildung, die einen sehr starken elektroerosiven Abtrag und damit eine deutlich reduzierte Lebensdauer der Kohlebürste bewirken kann. Ferner ist der Stromfluss bei der Einleitung in den Kohlebürstenquerschnitt in der Nähe der Stromzuführung, etwa einer Litze, konzentriert, die Randbereiche hingegen werden nicht optimal erreicht. Ferner sind aus weiteren Anwendungen Kommutierungssysteme bekannt, welche in Umfangsrichtung mehrfache Kohlen besitzen. Aus der GB 2 244 603 A ist eine Mehrfachkohlebürstenanordnung für einen Gleichstrommotor bekannt, wobei die Kohlen in einem kleinem Modellbaumotor parallel geschaltet über Schwingarme gehalten werden. Dies ist für Hochstromanwendungen und für schwingungskritische Anwendungen jedoch eine wenig geneigte Ausführungsform. Insbesondere ist die sichere Kontaktgabe durch die Ausbildung der Schwingarme begrenzt.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kohlenbürstenanordnung der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, die die genannten Nachteile vermeidet und bei sicherem Betrieb eine deutlich erhöhte Lebensdauererwartung gewährleisten kann.
Hierzu wird eine Kohlebürstenanordnung für eine elektrische Maschine vorgeschlagen, insbesondere eine Kommutatoranordnung für eine elektrische Maschine, mit mindestens zwei Kohlebürsten, die axial nebeneinander angeordnet sind und mit einer drehbaren Gegenkontaktanordnung zusammenwirken. Hierbei ist vorgesehen, dass die Kohlebürsten als sich unmittelbar oder mittelbar gegenseitig axial abstützende Kohlebürsten ausgebildet sind. Die Kohlebürsten sind demzufolge in der erfindungsgemäßen Kohlebürstenanordnung dergestalt ausgebildet, dass sie sich entweder unmittelbar oder mittelbar gegenseitig axial abstützen. Sie sind demzufolge nicht, wie vorbeschrieben, an separaten Schwingarmen gelagert, was zu unerwünschten Schwingungen oder Vibrationen führen kann, sondern dergestalt, dass sie in Axialrichtung in abstützendem Kontakt zueinander stehen. Dieser kann mittelbar sein, also dergestalt, dass die Kohlebürsten der Kohlebürstenanordnung sich unmittelbar berühren, oder mittelbar, also dergestalt, dass zwischen den Kohlebürsten ein die Abstützung vermittelndes Element angeordnet ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass sich der Stromfluss zwischen den Kohlebürsten der Kohlebürstenanordnung ausgleichen kann, sodass eine gleichmäßige Stromdichte im Übergang zur Gegenkontaktanordnung erzielt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kohlebürsten axial in Berührungskontakt zueinander stehen. Hier berühren sich die Kohlebürsten der Kohlebürstenanordnung unmittelbar, eine Seitenwandung einer Kohlenbürste berührt demzufolge eine andere Seitenwandung einer anderen, benachbarten Kohlenbürste. Der Ausgleich des Stromflusses zwischen den Kohlebürsten erfolgt hierbei unmittelbar zwischen diesen Seitenwandungen, so dass an den Kontaktflächen zur Gegenkontaktanordnung eine ausgeglichene Stromdichte über die gesamten Kontaktflächen vorherrscht. Gleichzeitig stützen sich die Kohlebürsten der Kohlebürstenanordnung in Axialrichtung gegenseitig ab, so dass eine deutlich bessere mechanische Stabilität besteht als bei unabhängig voneinander beabstandet angeordneten Kohlebürsten. Insbesondere Schwingungen, die in einzelne Kohlebürsten induziert werden können und zu einer Verringerung des Anpressdruck und/oder der Stromübertragung führen können, werden so zuverlässig vermieden.
In einer anderen Ausführungsform liegt zwischen den Kohlebürsten eine Wand einer Kohlebürstenfassung. In dieser Ausführungsform sind die die Kohlebürsten gefasst, also beispielsweise in einer diese zumindest bereichsweise umfassenden oder umhüllenden Einhausung geführt, wobei zwischen den Kohlebürsten zur Vermittlung der axialen Abstützung die Wand der
Kohlebürstenfassung liegt. Es stützt sich demzufolge die eine Kohlebürste der Kohlebürstenanordnung an der Wand ab, wobei sich an der gegenüberliegenden Seite der Wand die andere Kohlenbürste der Kohlenbürstenanordnung abstützt. Insbesondere bei Ausbildung der Kohlebürstenfassung aus leitfähigem Material, beispielsweise aus Metall, ist auch hier eine besonders gute Ausgleichung des Stromflusses zwischen den Kohlebürsten gewährleistet, wobei überdies eine sehr gute und individuelle Radialführung der einzelnen Kohlebürsten der Kohlebürstenanordnung möglich ist. Dadurch kann individuellem Verschleiß der Kohlebürsten mit der damit einhergehenden Längenänderung sehr gut Rechnung getragen werden.
In einer weiteren Ausführungsform bilden die in Berührungskontakt stehenden Kohlebürsten einen Formschluss miteinander, insbesondere einen in
Umfangsrichtung wirkenden Formschluss. Die Kohlebürsten weisen demzufolge eine solche Ausgestaltung der sich berührenden Seitenwandungen auf, dass diese Seitenwandungen in Berührungskontakt den Formschluss aufgrund dieser Ausgestaltung ausbilden. Beispielsweise ist es möglich, die eine Seitenwandung der einen Kohlenbürste konkav auszubilden, während die andere
Seitenwandung der anderen Kohlenbürste, die mit der einen Seitenwandung in Berührungskontakt steht, formangepasst konvex ausgebildet ist. Die Seitenwandungen der Kohlebürsten greifen demzufolge so ineinander, dass sie in Umfangsrichtung (nämlich in Drehrichtung beziehungsweise gegen die Drehrichtung der elektrischen Maschine beziehungsweise des Rotors) nicht gegeneinander verschoben werden können. Hierdurch ist gewährleistet, dass sie in Axialrichtung stets das gleiche Segment der Schleifringe beziehungsweise des Kommutators beaufschlagen und ein in Umfangsrichtung erfolgender Versatz nicht stattfindet. Gleichzeitig dient der Formschluss als Montagehilfe.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder Kohlebürste eine eigene Bürstenfeder zugeordnet. Hierdurch wird gewährleistet, dass jede Kohlebürste unabhängig von der anderen Kohlebürste in Radialrichtung einen optimalen, auf sie unmittelbar einwirkenden Anpressdruck erfährt. So ist für jede Kohlebürste die optimale Kontaktgabe zur Gegenkontaktanordnung gewährleistet.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die drehbare Gegenkontaktanordnung Lamellen eines Kommutators sind. Wie bereits beschrieben, ist insbesondere bei Gleichstrommotoren unter Verwendung eines Kommutators die Reduzierung der Stromdichte besonders wünschenswert. Mit der vorgeschlagenen Anordnung lässt sich eine solche sehr effektiv erreichen, so dass die Lebensdauer von Kommutator und Kohlebürsten deutlich verlängert werden kann.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform weist jede Kohlebürste eine eigene Stromzuführung auf. In diesem Falle, wobei selbstverständlich die Stromzuführungen der einzelnen Kohlebürsten der Kohlebürstenanordnung elektrisch parallel geschaltet sind, ist die Stromeinleitung in die Kohlebürsten in Hinblick auf den Stromfluss und den Ausgleich des Stromflusses innerhalb der Kohlebürsten optimiert. Eine Konzentration der Stromeinleitung in den Kohlebürstenquerschnitt, wie aus dem Stand der Technik bekannt, findet also nicht in signifikanter Weise statt, sondern wird im Gegenteil vermieden. Durch die Ausführung mit eigenen Stromzuführungen und unmittelbarer oder mittelbarer gegenseitiger axialer Abstützung erfolgt zwischen den Kohlebürsten ein sehr guter Ausgleich des Stromflusses von der Stromeinleitung hin bis zur Kontaktfläche im Übertritt zur Gegenkontaktanordnung, wobei in keinem Punkt des Querschnitts eine übermäßige Stromdichte auftritt. Die Lebensdauer der Kohlebürsten und der Gegenkontaktanordnung, insbesondere eines Kommutators, lässt sich hierdurch beträchtlich erhöhen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen folgen aus den Unteransprüchen und aus Kombinationen derselben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen
Figur 1 eine Kohlebürstenanordnung mit zwei axial nebeneinander angeordneten Kohlebürsten; Figur 2 zwei Kohlebürsten mit einem in Umfangsrichtung wirkenden
Formschluss und Figur 3 eine Kohlenbürstenanordnung mit einer die Kohlebürsten aufnehmenden Kohlebürstenfassung.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Figur 1 zeigt eine Kohlebürstenanordnung 1 für eine nur teilweise dargestellte elektrische Maschine 2. Die Kohlebürstenanordnung 1 weist zwei Kohlebürsten 3 auf, die in Axialrichtung, also parallel zu einer Drehachse 4 etwa eines Rotors 5 der elektrischen Maschine 2, nebeneinander angeordnet sind und mit einer drehbaren Gegenkontaktanordnung 6, beispielsweise einem Kommutator 7, zusammenwirken. Die Kohlebürsten 3 treffen zu diesem Zusammenwirken mit der drehbaren Gegenkontaktanordnung 6 zugewandten Kontaktflächen 8 auf Gegenkontaktflächen 9 einer Umfangsoberfläche 10 der drehbaren Gegenkontaktanordnung 6 auf, sodass sie mit diesen in Berührlage aufeinanderliegen. Die Kontaktflächen 8 sind an Unterseiten 11 der Kohlebürsten 3 ausgebildet. An den Unterseiten 11 der Kohlebürsten 3 gegenüberliegenden Oberseiten 12 der Kohlebürsten 3 ist für jede Kohlebürste 3 mindestens eine Bürstenfeder 13, beispielsweise als Spiraldruckfeder 14, vorgesehen, die die Kohlebürste 3 an deren Oberseite 12 mit einer Federkraft beaufschlagt. Die Bürstenfeder 13 stützt sich einerseits an der Oberseite 12 der Kohlebürsten 3, andererseits an einer Kohlebürstenfassung 15 ab, die beispielsweise in Form eines umgedrehten U, in Form eines Bügels 16 oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet sein kann, wobei lediglich sichergestellt sein muss, dass die Kohlebürstenfassung 15 die Kohlebürsten 3 in geeigneter Weise führt, insbesondere also eine ausreichende Axial- und/oder Radialführung der Kohlebürsten 3 gewährleistet. Gleichzeitig dient die Kohlebürstenfassung 15 wie beschrieben der Abstützung der Bürstenfeder 13 zur Aufbringung von Federkraft auf die Oberseite 12 der Kohlebürste 3. Die Kohlebürste 3 liegt demzufolge mit ihrer Kontaktfläche 8 unter Kraftbeaufschlagung an der Gegen kontaktfläche 9 der drehbaren Gegenkontaktanordnung 6 an. Über die Kohlebürstenfassung 15 kann weiter eine Stromeinleitung in die Kohlebürsten 3 stattfinden, insbesondere dann, wenn die Kohlebürstenfassung 15 insgesamt oder zumindest abschnittsweise aus elektrisch leitendem Material 17, beispielsweise aus Metall 18 besteht. Bevorzugt ist vorgesehen, dass jede Kohlebürste 3 eine eigene Stromzuführung 19 aufweist, die jeweils an einem Stromzuführungskabel 20 angeschlossen sein kann. Die Stromeinleitung in die Kohlebürsten 3 erfolgt hierbei durch die Stromzuführung 19 oberseitig, also an der Oberseite 12 einer jeden Kohlebürste 3. Die Kohlebürsten 3 sind hierbei elektrisch parallel geschaltet, die vorliegend gezeigte Kohlebürstenanordnung 1 ist demzufolge einpolig. Sie ist für jeden weiteren, erforderlichen Pol der elektrischen Maschine 2 zu wiederholen. Die Stromzuführung 19 ist hierbei oberseitig, beispielsweise über eine mittels einer Kontaktplatte 21 mit der
Kohlebürste 3 gekoppelte Litze 22 ausgeführt. Durch die Stromeinleitung über die Kontaktplatte 21 an der Oberseite 12 der Kohlebürste 3 konzentriert sich bereits bei Einleitung des Stromes in die Kohlebürste 3 der Stromfluss nicht in einem nur kleinen Bereich, indem wie, im Stand der Technik üblich, die Litze 22 mit der Kohlebürste 3 verbunden ist, sondern über den Bereich der Kontaktplatte 21. Die Kohlebürsten 3 sind in Axialrichtung so angeordnet, dass sie sich mit ihren sich unmittelbar gegenüberliegenden Seitenwänden 23 gegenseitig abstützen, also die sich gegenüberliegenden Seitenwände 23 der beiden Kohlebürsten 3 in Berührlage zueinander liegen. Auf diese Weise verteilt sich der Stromfluss auch zwischen den beiden Kohlebürsten 3 über die Seitenwände 23 gleichmäßig, bis er zur Übertragung auf die drehbare Gegenkontaktanordnung 6 die Kontaktflächen 8 an den Unterseiten 11 der Kohlebürsten 3 erreicht. Zur Übertragung des Stromes auf die drehbare
Gegenkontaktanordnung 6 steht hierbei eine weit größere Kontaktfläche 8 an den Kohlebürsten 3 sowie eine dieser entsprechende Gegenkontaktfläche 9 an der drehbaren Gegenkontaktanordnung 6 zur Verfügung, wodurch sich die Stromdichte bei Übertragung von den Kontaktflächen 8 auf die Gegenkontaktflächen 9 vorteilhaft verringert. Der elektroerosive Verschleiß sowohl der Kohlebürsten 3 also auch der drehbaren Gegenkontaktanordnung 6 kann hierdurch in sehr vorteilhafter Weise deutlich verringert und die Lebensdauer deutlich erhöht werden.
Figur 2 zeigt zwei Varianten der geometrischen Ausbildung von Kohlebürsten 3 in einer Darstellung der Kohlebürsten 3 im Querschnitt, also in Sichtrichtung radial zur Drehachse 4 der nicht dargestellten drehbaren Gegenkontaktanordnung 6. Die nicht dargestellte Gegenkontaktanordnung 6 (vergleiche Figur 1 ) rotiert um die Drehachse 4, wodurch in Drehrichtung beziehungsweise Umfangshchtung R (bidirektional dargestellt) Kräfte auf die
Kohlebürsten 3 einwirken, die zu einem in Umfangshchtung R wirkenden Versatz, insbesondere in Form eines von der nicht dargestellten drehbaren Gegenkontaktanordnung 6 tangential abgleitenden Versatzes relativ zur Radialrichtung führen kann. Die Kohlebürsten 3 weisen hier deshalb eine solche geometrische Gestaltung auf, dass zwischen jeweils zwei benachbarten
Kohlebürsten 3 ein Formschluss 24 besteht, wenn die Kohlebürsten 3 mit ihren Seitenwandungen 25 sich axial aneinander abstützen. Die Seitenwandungen 25 sind hierzu derart ausgebildet, dass jeweils eine linke Seitenwandung 26 einer ihr an derselben Kohlebürste 3 gegenüberliegenden rechten Seitenwandung 27 formangepasst ausgebildet ist. Beispielsweise kann, wie in Variante a der Figur 2 dargestellt, die linke Seitenwandung 26 in Konkavform 28 ausgebildet sein, während die ihr gegenüberliegende, rechte Seitenwandung 27 in einer der Konkavform 28 entsprechenden Konvexform 29 ausgeführt ist. Stützt sich nun die linke Seitenwandung 26 der einen Kohlebürste 3 an der rechten Seitenwandung 27 der anderen Kohlebürste 3 ab, so greift die Konvexform 29 in die Konkavform 28 im Bereich der Abstützung ein, so dass zwischen den Kohlebürsten 3 der Formschluss 24 ausgebildet wird. Hierbei wird verhindert, dass die Kohlebürsten 3 relativ zueinander einen Versatz aufweisen. Gleichzeitig wird eine formstabile, insbesondere in Umfangsrichtung R wirkende Stabilisierung der Kohlebürsten 3 erreicht. Die linken Seitenwandungen 26 und rechten Seitenwandungen 27 können hierbei in allen für einen entsprechenden Formschluss sinnvollen geometrischen Ausbildungen ausgeführt sein, beispielsweise wie in Variante b der Figur 2 dargestellt, in Form einer stufigen Ausnehmung 30 in Nutform mit einem dieser entsprechenden Stufenschiene 31 an der gegenüberliegenden Seitenwandung 25 der Kohlebürste 3. Selbstverständlich ist auch eine (hier nicht dargestellte) Ausführung über eingreifende Zapfen und entsprechende Ausnehmungen möglich, wobei aber die Ausführung als in Radialrichtung der Kohlebürsten 3 durchlaufende Geometrie den Vorteil hat, der Abnutzung der Kohlebürsten 3 Rechnung zu tragen und auch bei fortschreitender Abnutzung der Kohlebürsten 3 einen zuverlässigen Formschluss 24 auszubilden.
Figur 3 zeigt eine Kohlebürstenanordnung 1 einer elektrischen Maschine 2, bei der wie vorstehend beschrieben zwei Kohlebürsten 3 mit einer drehbaren Gegenkontaktanordnung 6, beispielsweise einem Kommutator 7, zusammenwirken. Die Kohlebürsten 3 sind in der Kohlebürstenfassung 15 radial geführt, wobei wiederum zwischen der Oberseite 12 jeder Kohlebürste 3 und der Kohlebürstenfassung 15 zur Kraftbeaufschlagung der Kohlebürsten 3 in
Radialrichtung auf die Drehachse 4 der drehbaren Gegenkontaktanordnung hin jede Kohlebürste 3 von je einer Bürstenfeder 13 kraftbeaufschlagt wird. Abweichend von dem in Figur 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist zwischen den Kohlebürsten 3 eine Wand 32 der Kohlebürstenfassung 15 angeordnet, an der sich beide Kohlebürsten 3 in Axialrichtung abstützen. Anders als im Ausführungsbeispiel aus Figur 1 stützen sich demzufolge vorliegend die Kohlebürsten 3 nicht unmittelbar aneinander ab, sondern mittelbar über die Wand 32 der Kohlebürstenfassung 15. Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Vorteilen bietet diese Ausführungsform den Vorteil, dass jede Kohlebürste 3 individuell in Radialrichtung geführt ist, so dass ein beispielsweise aus leichten Material in konsestenzen der Kohlebürsten 3 herrührender, unterschiedlicher Verschleiß mit über der Zeit unterschiedlich starker Längenänderung der Kohlebürsten 3 besser ausgeglichen werden kann. Die Verringerung der Stromdichte im Übergang von den Kontaktflächen 8 auf die Gegenkontaktflächen 9 besteht unabhängig hiervon wie im Ausführungsbeispiel aus Figur 1. Zur Ausgleichung des Stromflusses zwischen den beiden Kohlebürsten 3 nach Stromeinleitung durch die hier nicht dargestellte Stromzuführung 19 (vergleiche Figur 1 ) besteht die Wand 32 bevorzugt aus elektrisch leitendem Material 17, insbesondere aus Metall 18.

Claims

Ansprüche
1. Kohlebürstenanordnung für eine elektrische Maschine, insbesondere Kommutatoranordnung für eine elektrische Maschine, mit mindestens zwei Kohlebürsten, die axial nebeneinander angeordnet sind und mit einer drehbaren Gegenkontaktanordnung zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlebürsten (3) als sich unmittelbar oder mittelbar gegenseitig axial abstützende Kohlebürsten (3) ausgebildet sind.
2. Kohlebürstenanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlebürsten (3) axial in Berührungskontakt zueinander stehen.
3. Kohlebürstenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kohlebürsten (3) eine Wand (32) einer Kohlebürstenfassung (15) liegt.
4. Kohlebürstenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Berührungskontakt stehenden
Kohlebürsten (3) einen Formschluss (24) miteinander bilden, insbesondere einen in Umfangsrichtung wirkenden Formschluss (24) miteinander bilden.
5. Kohlebürstenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kohlebürste (3) eine eigene Bürstenfeder (13) zugeordnet ist.
6. Kohlebürstenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlebürsten (3) eine gemeinsame Kohlebürstenfassung (15) aufweisen.
7. Kohlebürstenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Gegenkontaktanordnung (6) Lamellen eines Kommutators (7) sind.
8. Kohlebürstenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kohlebürste (3) eine eigene Stromzuführung (19) aufweist.
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