EP2201652B1 - Kommutierungseinrichtung sowie elektrische maschine - Google Patents

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EP2201652B1
EP2201652B1 EP08786295.9A EP08786295A EP2201652B1 EP 2201652 B1 EP2201652 B1 EP 2201652B1 EP 08786295 A EP08786295 A EP 08786295A EP 2201652 B1 EP2201652 B1 EP 2201652B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
commutator
commutation device
grinding element
commutation
element holder
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.)
Not-in-force
Application number
EP08786295.9A
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English (en)
French (fr)
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EP2201652A1 (de
Inventor
Daniel Klumpp
Erwin Sinnl
Anita Seebacher
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 EP2201652A1 publication Critical patent/EP2201652A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2201652B1 publication Critical patent/EP2201652B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
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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
    • H01R39/04—Commutators
    • H01R39/045—Commutators the commutators being made of carbon
    • 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 commutation device according to the preamble of claim 1 and to an electrical machine, in particular an electric motor or a generator, according to claim 16.
  • a device for current application in electrical machines is referred to as a commutation device.
  • the current application generates a current that rotates or migrates relative to the armature winding.
  • Known commutation devices comprise a rotatably mounted on an armature shaft commutator with a plurality of circumferentially juxtaposed and electrically insulated slats, which are electrically contacted by at least two grinding elements. The constant friction between the stationary grinding elements and the rotatably driven commutator causes abrasion, usually coal dust.
  • a commutation device according to the preamble of claim 1 is already known from the document US-A-6 097 128 known.
  • the invention has for its object to propose a commutation, are avoided with the Vorkommuttechniken by Abriebablagerache. Furthermore, the object is to propose a correspondingly improved electric machine.
  • the invention is based on the idea of preventing the deposition of abrasion, in particular of coal dust, occurring during commutation, on the commutator by providing means for removing the abrasion.
  • these means are preferably designed such that the abrasion is transported away in the radial direction to the outside.
  • the means for discharging the abrasion resulting from the commutation comprise at least one voltage applied to the commutator spring, wherein the spring to avoid short circuits [] is formed of an electrically non-conductive material.
  • the abutment of abrasion against the at least one abrasive element on the commutator is successfully prevented by the abutment of the spring on the commutator.
  • the spring which is designed in particular as a leaf spring, serves as a type of guide plate for removing the abrasion to the outside.
  • the spring is designed and arranged such that it extends from its fixing position in the direction of its free end in the circumferential direction of the commutator and bent in the direction of the commutator or beveled radially inwardly, thus the commutator, in particular in the radial direction, be able to act on a spring force, which ensures that the spring rests during the rotational movement of the commutator on the outer circumference and thus a slip of abrasion under the spring is avoided.
  • At least one abrasion radially outwardly discharging spring makes it possible to integrate the means for dissipating the abrasion in the available space, whereby an electric machine with an after The commutator is formed according to the concept of the invention, does not build larger than without means for dissipating the abrasion. It is advantageous if the, in particular designed as a leaf spring, spring with its remote from the commutator end to a component of the commutation, in particular to a Schleifelementhalter (and there preferably outside a quiver for a grinding element) is set and with their free End or in the region of its free end to the commutator.
  • the means, in particular spring are formed from an electrically non-conductive plastic / is.
  • the width of the means, in particular spring corresponds at least approximately to the axial extent of the commutator or to the axial extent of the lamellae of the commutator arranged side by side in the circumferential direction. equivalent.
  • the means, preferably the spring, the commutator in the axial direction one or both sides protrude over.
  • an embodiment is advantageous in which the means, preferably the spring, in the region of their free, the commutator adjacent end of a curved or oblique Have / have.
  • the bevel or bend the free end in the direction of the commutator away ensures a better Ab technological Anlagenkeit for abrasion in the radial direction.
  • an embodiment in which the means with (small) radial distance to the commutator are arranged is also feasible.
  • the commutation has a grinding element holder with a plurality of quivers for receiving in each case one, in particular graphite-containing, grinding element.
  • an arrangement of the means, in particular the springs, of advantage in which they extend from the respective quiver, preferably starting from its attachment point, in the circumferential direction against the direction of rotation of the commutator.
  • the means preferably the springs, in particular with the end facing away from the commutator, are fixed to the grinding element holder. It is within the scope of the development of the means, in particular the springs, integrally formed with the grinding element holder or a mounting option for the means, in particular the springs, to be provided on the grinding element holder, which makes it possible to exchange the means, in particular the springs, so that the means, in particular the springs, can be exchanged in the event of wear.
  • each means, in particular each spring in two different directions positions on the grinding element holder can be fixed, ie a direction of rotation dependent attachment possibility of the springs is given to the grinding element holder.
  • the means, in particular the springs can be fixed to the grinding element holder by clamping.
  • the means for, in particular radial, removal of emerging during commutation abrasion of the same material are formed as the associated quiver of the grinding element holder, in which a sliding contact, in particular a carbon brush in the radial direction relative to the Commutator is adjustable.
  • the means of plastic preferably of electrically non-conductive plastic, to avoid short circuits.
  • an embodiment can be realized in which the means for removing the abrasion is formed integrally with the sliding contact holder and / or in one piece with the associated quiver, in particular in the manner of a one-piece extension. It is with regard to an efficient and cost-effective production particularly advantageous if the means are made with the associated quiver as a common injection molded part. It is particularly preferred if all quivers are formed with associated means as a common injection molded part.
  • the outer contour of the means are adapted to the outer contour of the rotatably arranged commutator.
  • the means for this purpose are formed curved on the side facing the commutator in the direction of the circumferential extent of the commutator.
  • an embodiment can be realized in which the at least one spring rests against the outside of the commutator during rotation.
  • the invention also leads to an electrical machine, in particular an electric motor or a generator, with a previously described commutation device, wherein the commutator of the commutation device is arranged rotationally fixed on an armature shaft.
  • a commutation device 1 for an electrical machine is shown.
  • the commutation device 1 comprises a commutator 2 for the rotationally fixed arrangement on a not shown, standing perpendicular to the drawing plane armature shaft.
  • the commutator 2 comprises four blades 3, 4, 5, 6 made of copper arranged next to one another in the circumferential direction.
  • the fins 3, 4, 5, 6 are electrically connected to not shown armature windings of an anchor assembly. Between each two adjacent lamellae is an axially extending air gap 7, 8, 9, 10 for electrically insulating the lamellae 3, 4, 5, 6 from each other.
  • the commutator 2 is arranged inside a grinding element holder 11 which, in this embodiment, has four quivers 12, 13, 14, 15 equally spaced in the circumferential direction, for a respective grinding element 16, 17, 18, 19 (carbon brush).
  • Each grinding element 16, 17, 18, 19 is spring-loaded radially inwardly in the direction of the commutator 2 by means of a spring, not shown, so that the grinding elements 16, 17, 18, 19 on the outer circumference of the commutator 2, more precisely on the lamellae 3, 4, 5, 6, and contact them electrically during the rotational movement of the commutator 2.
  • the friction between the commutator 2 and the grinding elements 16, 17, 18, 19 results in abrasion 20 (coal dust).
  • abrasion-removing means 21 comprise four springs 22, 23, 24, 25 which are spaced apart in the circumferential direction and in each case designed as a leaf spring made of plastic, which are detachably fixed to the grinding-element holder 11.
  • the springs 22, 23, 24, 25 extend counter to that through the Arrow indicated direction of rotation 36 of the commutator 2 in the circumferential direction of the commutator 2 and are fixed with their respective end facing away from the commutator 2 end 26, 27, 28, 29 to the grinding element holder 11.
  • the springs 22, 23, 24, 25 are formed in the radial direction inwardly bent to the commutator 2, whereby a resilient action in the radial direction is achieved.
  • With their respective free end 30, 31, 32, 33 are the springs 22, 23, 24, 25 on the outer circumference of the commutator 2 and the slats 3, 4, 5, 6 and lead the resulting during the rotation abrasion 20 in the radial direction to the outside.
  • the direction of rotation 36 of the commutator 2 it is possible to mount the springs 22, 23, 24, 25 to the grinding element holder 11 in such a way that they do not rotate clockwise and radially inward, as shown extend counterclockwise and radially inward, thus ensuring a discharge of the abrasion 20 radially outward.
  • a grinding element holder 11 is shown alone.
  • a pointing in the drawing plane backward hollow extension 34 for receiving contacts of an electrical machine.
  • the grinding element holder 11 In its front in the drawing plane area of the grinding element holder 11 is disc-shaped and has four each offset by 90 ° to each other quiver 12, 13, 14, 15 for each not shown abrasive element on.
  • the quivers 12, 13, 14, 15 In the quivers 12, 13, 14, 15 is a respective grinding element in the direction radially inwardly on the commutator 2 federkraftbeetzschlagt.
  • a commutator 2 is arranged in the mounted state.
  • the commutator (not shown) rotates in a clockwise direction (arrow 36).
  • each quiver 12, 13, 14, 15 is designed as a leaf spring spring 22, 23, 24, 25 with its side facing away from the opening 35 end 26, 27, 28, 29 detachably fixed.
  • the springs 22, 23, 24, 25 extend from the respective quiver 12, 13, 14, 15 in the counterclockwise direction and are formed bent inwards. Their free ends 30, 31, 32, 33 are bent radially outward in the direction of the opening 35 away, in order to ensure a clean start of the commutator 2 and thus snagging with the air gaps 7, 8, 9, 10 between the slats. 3 , 4, 5, 6 of the commutator 2 to prevent.
  • the externally discharged abrasion 20 falls by gravity in a region outside the commutator 2 down into the housing of the electric machine, not shown, and can be removed from time to time if necessary.
  • a grinding element holder 11 is shown.
  • the grinding element holder 11 comprises quivers 12, 13, 14, 15, which are distributed uniformly in the circumferential direction, for a respective grinding element 16, 17, 18, 19, not shown, (analogous to FIG Fig. 1 ).
  • grinding element holder 11 is formed by the friction between the not shown for reasons of clarity, to be arranged in the central opening 35, commutator and the abrasive element abrasion.
  • each quiver 12, 13, 14, 15 associated with means 21 for removing the abrasion.
  • the means 21 are each formed as one piece with the associated quiver 12, 13, 14, 15 rigid extensions executed, wherein the quivers 12, 13, 14, 15 are in turn formed integrally with a base plate 37 of the grinding element holder 11.
  • the in Fig. 3 shown grinding element holder 11 forms together with the commutator, not shown, a commutation device for an electric machine.
  • the direction of rotation 36 of the commutator runs counterclockwise.
  • the means 21 are in the embodiment according to Fig. 3 formed as integral extensions of the quiver 12, 13, 14, 15, which extend in the circumferential direction, starting from the associated quiver 12, 13, 14, 15 opposite to the direction of rotation 36.
  • the means 21 are formed like a ramp and taper in the direction of their free ends 38. In other words, the radial extension of the formed as extensions means 21 increases in the counterclockwise direction.
  • the commutator facing sides 39 of the means 21 are curved in the circumferential direction and are spaced from the commutator, not shown, between the sides 39 and the commutator only a minimal circumferential gap with a circumferentially constant radial extent of in this embodiment 0, 5mm is formed.

Landscapes

  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Kommutierungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder einen Generator, gemäß Anspruch 16.
  • In der Elektrotechnik wird mit einer Kommutierungseinrichtung eine Einrichtung zur Stromwendung in elektrischen Maschinen bezeichnet. Die Stromwendung erzeugt einen relativ zur Ankerwicklung drehenden oder wandernden Strom. Bekannte Kommutierungseinrichtungen umfassen einen drehfest auf einer Ankerwelle sitzenden Kommutator mit mehreren in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten und elektrisch voneinander isolierten Lamellen, die von mindestens zwei Schleifelementen elektrisch kontaktiert werden. Durch die ständige Reibung zwischen den ortsfesten Schleifelementen und dem rotierend angetriebenen Kommutator entsteht Abrieb, in der Regel Kohlestaub. Dieser setzt sich in Drehrichtung des Kommutators gesehen vor den Schleifelementen ab, was zu einer Vorkommutierung und damit zu einer Reduzierung der Laufzeit einer mit einer derartigen Kommutierungseinrichtung ausgestatteten elektrischen Maschine führt. Ferner setzt sich der entstehende Abrieb in Luft- bzw. Isolierspalten zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Lamellen ab, was zu Kurzschlüssen führen kann.
  • Eine Kommutierungseinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist bereits aus der Druckschrift US-A-6 097 128 bekannt.
    • Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Kommutierungseinrichtung vorzuschlagen, mit der Vorkommutierungen durch Abriebablagerungen vermieden werden. Ferner besteht die Aufgabe darin, eine entsprechend verbesserte elektrische Maschine vorzuschlagen.
    • Technische Lösung
  • Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Kommutierungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Ablagerung von bei der Kommutierung entstehendem Abrieb, insbesondere von Kohlestaub, auf den Kommutator dadurch zu verhindern, dass Mittel zum Abführen des Abriebs vorgesehen sind. Dabei sind diese Mittel bevorzugt derart ausgebildet, dass der Abrieb in radialer Richtung nach außen abtransportiert wird. Durch das Abführen des Abriebs werden Ablagerungen am Kommutator und/oder an den Schleifkontakten und damit Vorkommutierungen vermieden, was wiederum zur Laufzeiterhöhung einer mit einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Kommutierungseinrichtung ausgestatteten elektrischen Maschine führt. Darüber hinaus kann die Ablagerung des Abriebs in Isolierspalten zwischen in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Lamellen und somit elektrische Kurzschlüsse vermieden werden. Vorteilhaft ist bei der Erfindung, dass die Mittel zum Abführen des bei der Kommutierung entstehenden Abriebs mindestens eine an dem Kommutator anliegende Feder umfassen, wobei die Feder zur Vermeidung von Kurzschlüssen [ ] aus einem elektrisch nicht leitenden Material ausgebildet ist. Durch das Anliegen der Feder an dem Kommutator wird das Absetzen von Abrieb vor dem mindestens einen Schleifelement auf dem Kommutator erfolgreich verhindert. Darüber hinaus dient die, insbesondere als Blattfeder ausgebildete, Feder als eine Art Leitblech zum Abführen des Abriebs nach außen. [ ]
  • Bevorzugt ist die Feder derart ausgebildet und angeordnet, dass sie sich ausgehend von ihrer Festlegungsstellung in Richtung ihres freien Endes in Umfangsrichtung des Kommutators erstreckt und in Richtung des Kommutators gebogen oder nach radial innen abschrägt angeordnet ist, um somit den Kommutator, insbesondere in radialer Richtung, mit einer Federkraft beaufschlagen zu können, die dafür sorgt, dass die Feder während der Drehbewegung des Kommutators an dessen Außenumfang anliegt und somit ein Durchschlüpfen von Abrieb unter der Feder hindurch vermieden wird. Das Vorsehen mindestens einer den Abrieb nach radial außen abführenden Feder ermöglicht es, die Mittel zum Abführen des Abriebs in den zur Verfügung stehenden Bauraum zu integrieren, wodurch eine elektrische Maschine, die mit einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Kommutierungseinrichtung ausgestattet ist, nicht größer baut als ohne Mittel zum Abführen des Abriebs. Dabei ist es von Vorteil, wenn die, insbesondere als Blattfeder ausgebildete, Feder mit ihrem von dem Kommutator abgewandten Ende an einem Bauteil der Kommutierungseinrichtung, insbesondere an einen Schleifelementhalter (und dort bevorzugt außen an einen Köcher für ein Schleifelement) festgelegt ist und mit ihrem freien Ende beziehungsweise im Bereich ihres freien Endes an den Kommutator anliegt.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Mittel, insbesondere Feder, aus einem elektrisch nicht leitenden Kunststoff ausgebildet sind/ist.
  • Um eine Ablagerung von Abrieb über die gesamte Längserstreckung des Kommutators erfolgreich zu verhindern, ist eine Ausführungsform von Vorteil, bei der die Breite der Mittel, insbesondere Feder, zumindest näherungsweise der Axialerstreckung des Kommutators beziehungsweise der Axialerstreckung der in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Lamellen des Kommutators entsprechen/entspricht. Ebenso ist eine Ausführungsform möglich, bei der die Mittel, vorzugsweise die Feder, den Kommutator in axialer Richtung ein- oder beidseitig überragen/überragt.
  • Um einen sauberen Anlauf im Bereich des freien Endes der Mittel, insbesondere der mindestens einen Feder, garantieren zu können, ist eine Ausführungsform von Vorteil, bei der die Mittel, vorzugsweise die Feder, im Bereich ihres freien, am Kommutator anliegenden Endes eine gebogene oder schräge Anlaufkante aufweisen/aufweist. Neben einem sauberen Anlauf wird durch die Abschrägung beziehungsweise Biegung des freien Endes in Richtung von dem Kommutator weg eine bessere Abführmöglichkeit für den Abrieb in radialer Richtung gewährleistet. Wie später noch erläutert werden wird, ist auch eine Ausführungsform realisierbar, bei der die Mittel mit (geringem) Radialabstand zu dem Kommutator angeordnet sind.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Kommutierungseinrichtung einen Schleifelementhalter mit mehreren Köchern zur Aufnahme jeweils eines, insbesondere graphithaltigen, Schleifelementes aufweist. Um die Ablagerung von Abrieb in Drehrichtung des Kommutators gesehen vor jedem Schleifelement zu verhindern, ist eine Ausführungsform von Vorteil, bei der mindestens einem Schleifelement, vorzugsweise jedem Schleifelement, Mittel zum Abführen von Abrieb, vorzugsweise eine an den Kommutator anliegende Feder, zugeordnet, sind/ist, wobei die jeweiligen Mittel, insbesondere die jeweilige Feder, bevorzugt in Drehrichtung des Kommutators gesehen vor dem zugehörigen Schleifelement beziehungsweise vor dem das Schleifelement haltenden Köcher, angeordnet sind/ist. Dabei ist eine Anordnung der Mittel, insbesondere der Federn, von Vorteil, bei der diese sich ausgehend von dem jeweiligen Köcher, vorzugsweise ausgehend von ihrer Befestigungsstelle, in Umfangsrichtung entgegen der Drehrichtung des Kommutators erstrecken.
  • Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Mittel, vorzugsweise die Federn, insbesondere mit dem von dem Kommutator abgewandten Ende, an dem Schleifelementhalter festgelegt sind. Dabei liegt es im Rahmen der Weiterbildung die Mittel, insbesondere die Federn, einstückig mit dem Schleifelementhalter auszubilden oder eine Befestigungsmöglichkeit für die Mittel, insbesondere die Federn, an dem Schleifelementhalter vorzusehen, die einen Austausch der Mittel, insbesondere der Federn, ermöglicht, so dass die Mittel, insbesondere die Federn, im Falle eines Verschleißes ausgewechselt werden können.
  • Für den Fall, dass der Schleifelementhalter derart ausgebildet ist, dass die Mittel, insbesondere die Federn, lösbar an diesem festlegbar sind, ist eine Ausführungsform von Vorteil, bei der jedes Mittel, insbesondere jede Feder, in zwei unterschiedlichen Richtungspositionen am Schleifelementhalter festlegbar ist, also eine drehrichtungsabhängige Befestigungsmöglichkeit der Federn an dem Schleifelementhalter gegeben ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mittel, insbesondere die Federn, an dem Schleifelementhalter durch Klemmen festlegbar.
  • Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der die Mittel zum, insbesondere radialen, Abführen von bei der Kommutierung entstehendem Abrieb aus demselben Material ausgebildet sind, wie der zugehörige Köcher des Schleifelementshalters, in welchem ein Schleifkontakt, insbesondere eine Kohlebürste in radialer Richtung relativ zu dem Kommutator verstellbar ist. Bevorzugt bestehen die Mittel aus Kunststoff, vorzugsweise aus elektrisch nicht leitendem Kunststoff, um Kurzschlüsse zu vermeiden.
  • Wie eingangs erwähnt, ist eine Ausführungsform realisierbar, bei der die Mittel zum Abführen des Abriebs einteilig mit dem Schleifkontakthalter und/oder einteilig mit dem zugehörigen Köcher, insbesondere jeweils in der Art eines einteiligen Fortsatzes, ausgebildet ist. Dabei ist es im Hinblick auf eine effiziente und kostengünstige Herstellung von besonderem Vorteil, wenn die Mittel mit dem zugehörigen Köcher als gemeinsames Spritzgussteil hergestellt sind. Besonders bevorzugt ist es, wenn sämtliche Köcher mit zugehörigen Mitteln als gemeinsames Spritzgussteil ausgebildet sind.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Außenkontur der Mittel an die Außenkontur des rotierbar angeordneten Kommutators angepasst sind. Bevorzugt sind die Mittel hierzu auf der dem Kommutator zugewandten Seite in Richtung der Umfangserstreckung des Kommutators gekrümmt ausgebildet.
  • Wie eingangs erwähnt, ist eine Ausführungsform realisierbar, bei der die mindestens eine Feder, bei der Rotation des Kommutators außen an diesem anliegt.
  • Die Erfindung führt auch auf eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder einen Generator, mit einer zuvor beschriebenen Kommutierungseinrichtung, wobei der Kommutator der Kommutierungseinrichtung drehfest auf einer Ankerwelle angeordnet ist. Durch das Vorsehen einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Kommutierungseinrichtung werden Vorkommutierungen vermieden und somit die Laufzeit der elektrischen Maschine gegenüber bekannten elektrischen Maschinen erhöht.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Ausschnitt einer Kommutierungseinrichtung, bei der jedem Schleifelement Mittel zum Abführen von Abrieb zugeordnet sind,
    • Fig. 2 einen Schleifelementhalter der Kommutierungseinrichtung gemäß Fig. 1, und
    • Fig. 3 als Stand der Technik, der das Verständnis der Erfindung erleichtert, einen Schleifelementhalter mit einstückig mit den Köchern für Schleifelemente ausgebildeten Mitteln zum Abführen von Abrieb.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • In Fig. 1 ist eine Kommutierungseinrichtung 1 für eine elektrische Maschine gezeigt. Die Kommutierungseinrichtung 1 umfasst einen Kommutator 2 zur drehfesten Anordnung an einer nicht gezeigten, senkrecht auf der Zeichnungsebene stehenden Ankerwelle. Der Kommutator 2 umfasst in dem gezeigten Ausführungsbeispiel vier in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Lamellen 3, 4, 5, 6 aus Kupfer. Die Lamellen 3, 4, 5, 6 sind elektrisch leitend mit nicht gezeigten Ankerwicklungen eines Ankerpaketes verbunden. Zwischen jeweils zwei benachbarten Lamellen befindet sich ein in axialer Richtung verlaufender Luftspalt 7, 8, 9, 10 zur elektrischen Isolierung der Lamellen 3, 4, 5, 6 voneinander.
  • Der Kommutator 2 ist innehalb eines Schleifelementhalters 11 angeordnet, der in diesem Ausführungsbeispiel vier gleichmäßig in Umfangsrichtung beabstandete Köcher 12, 13, 14, 15 für jeweils ein Schleifelement 16, 17, 18, 19 (Kohlebürste) aufweist. Jedes Schleifelement 16, 17, 18, 19 ist mittels einer nicht gezeigten Feder radial nach innen in Richtung des Kommutators 2 federkraftbeaufschlagt, so dass die Schleifelemente 16, 17, 18, 19 am Außenumfang des Kommutators 2, genauer an den Lamellen 3, 4, 5, 6, anliegen und diese bei der Drehbewegung des Kommutators 2 elektrisch kontaktieren. Durch die Reibung zwischen dem Kommutator 2 und den Schleifelementen 16, 17, 18, 19 entsteht Abrieb 20 (Kohlestaub). Zur Abführung des Abriebes 20 in radialer Richtung nach außen sind Mittel 21 zur Abführung des Abriebs vorgesehen. Diese Mittel 21 zur Abführung des Abriebs umfassen vier in Umfangsrichtung voneinander beabstandete, jeweils als Blattfeder aus Kunststoff ausgebildete Federn 22, 23, 24, 25, die lösbar an dem Schleifelementhalter 11 festgelegt sind. Die Axialerstreckung der Federn 22, 23, 24, 25, also ihre Erstreckung in die Zeichnungsebene hinein, entspricht im Wesentlichen der Axialerstreckung der Lamellen 3, 4, 5, 6. Die Federn 22, 23, 24, 25 erstrecken sich entgegen der durch den Pfeil gekennzeichneten Drehrichtung 36 des Kommutators 2 in Umfangsrichtung des Kommutators 2 und sind mit ihrem jeweiligen von dem Kommutator 2 abgewandten Ende 26, 27, 28, 29 an den Schleifelementhalter 11 festgelegt. Die Federn 22, 23, 24, 25 sind in radialer Richtung nach innen auf den Kommutator 2 zu gebogen ausgeformt, wodurch eine federnde Wirkung in radialer Richtung erzielt wird. Mit ihrem jeweiligen freien Ende 30, 31, 32, 33 liegen die Federn 22, 23, 24, 25 am Außenumfang des Kommutators 2 beziehungsweise der Lamellen 3, 4, 5, 6 auf und führen den bei der Drehbewegung entstehenden Abrieb 20 in radialer Richtung nach außen ab.
  • Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, sind die Federn 22, 23, 24, 25 im Bereich ihres jeweiligen freien Endes 30, 31, 32, 33 leicht nach außen abgebogen, um einen sauberen Anlauf zu gewährleisten.
  • Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, ist jedem Schleifelement 16, 17, 18, 19 eine Feder 22, 23, 24, 25 zugeordnet, die in Drehrichtung 36 gesehen vor dem jeweiligen Schleifelement 16, 17, 18, 19 angeordnet ist. Für den Fall, dass die Drehrichtung 36 des Kommutators 2 geändert werden soll, ist es möglich, die Federn 22, 23, 24, 25 derart an den Schleifelementhalter 11 zu montieren, dass sie sich nicht wie gezeigt im Uhrzeigersinn und radial nach innen, sondern im Gegenuhrzeigersinn und radial nach innen erstrecken, um somit eine Abführung des Abriebs 20 nach radial außen sicherzustellen.
  • In Fig. 2 ist ein Schleifelementhalter 11 in Alleinstellung gezeigt. Zu erkennen ist ein in der Zeichnungsebene nach hinten weisender Hohlfortsatz 34 zur Aufnahme von Kontakten einer elektrischen Maschine. In seinem in der Zeichnungsebene vorderen Bereich ist der Schleifelementhalter 11 scheibenförmig ausgebildet und weist vier jeweils um 90° zueinander versetzte Köcher 12, 13, 14, 15 für jeweils ein nicht gezeigtes Schleifelement auf. In den Köchern 12, 13, 14, 15 ist jeweils ein Schleifelement in Richtung nach radial innen auf den Kommutator 2 federkraftbeaufschlagt.
  • In einer zentrischen Öffnung 35 ist im montierten Zustand ein Kommutator 2 angeordnet. Bei der gezeigten Konfiguration des Schleifelementhalters 11 rotiert der nicht eingezeichnete Kommutator im Uhrzeigersinn (Pfeil 36).
  • An jedem Köcher 12, 13, 14, 15 ist eine als Blattfeder ausgebildete Feder 22, 23, 24, 25 mit ihrem von der Öffnung 35 abgewandten Ende 26, 27, 28, 29 lösbar festgelegt. Die Federn 22, 23, 24, 25 erstrecken sich ausgehend von dem jeweiligen Köcher 12, 13, 14, 15 im Gegenuhrzeigersinn und sind nach innen gebogen ausgebildet. Ihre freien Enden 30, 31, 32, 33 sind nach radial außen in Richtung von der Öffnung 35 weg umgebogen, um einen sauberen Anlauf des Kommutators 2 zu gewährleisten und damit ein Verhaken mit den Luftspalten 7, 8, 9, 10 zwischen den Lamellen 3, 4, 5, 6 des Kommutators 2 zu verhindern.
  • Der nach außen abgeführte Abrieb 20 fällt schwerkraftbedingt in einem Bereich außerhalb des Kommutators 2 nach unten in das nicht gezeigte Gehäuse der elektrischen Maschine und kann von Zeit zu Zeit bei Bedarf entfernt werden.
  • In Fig. 3 ist als Stand der Technik, der das Verständnis der Erfindung erleichtert, ein Schleifelementhalter 11 gezeigt. Der Schleifelementhalter 11 umfasst gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Köcher 12, 13, 14, 15 für jeweils ein nicht gezeigtes Schleifelement 16, 17, 18, 19 (analog Fig. 1). Auch bei dem in Fig. 3 gezeigten Schleifelementhalter 11 entsteht durch die Reibung zwischen dem aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigten, in der zentrischen Öffnung 35 anzuordnenden, Kommutator und dem Schleifelement Abrieb. Zur Abführung des Abriebs in radialer Richtung nach außen sind jedem Köcher 12, 13, 14, 15 Mittel 21 zum Abführen des Abriebs zugeordnet. Die Mittel 21 sind jeweils als einteilig mit dem zugehörigen Köcher 12, 13, 14, 15 ausgebildete starre Fortsätze ausgeführt, wobei die Köcher 12, 13, 14, 15 wiederum einteilig mit einer Grundplatte 37 des Schleifelementhalters 11 ausgebildet sind. Der in Fig. 3 gezeigte Schleifelementhalter 11 bildet zusammen mit dem nicht gezeigten Kommutator eine Kommutierungseinrichtung für eine elektrische Maschine. Wie sich aus Fig. 3 ergibt, verläuft die Drehrichtung 36 des nicht gezeigten Kommutators im Gegenuhrzeigersinn. Die Mittel 21 sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 als integrale Fortsätze der Köcher 12, 13, 14, 15 ausgebildet, die sich in Umfangsrichtung ausgehend von dem zugehörigen Köcher 12, 13, 14, 15 entgegen der Drehrichtung 36 erstrecken. Die Mittel 21 sind rampenartig ausgebildet und verjüngen sich in Richtung ihrer freien Enden 38. Anders ausgedrückt, nimmt die Radialerstreckung der als Fortsätze ausgebildeten Mittel 21 im Gegenuhrzeigersinn zu.
  • Wie sich weiterhin aus Fig. 3 ergibt, ist eine (untere, bzw. radial innere) Seite 39 der als Fortsätze ausgebildeten Mittel 21 gegenüber einer zugehörigen, radial inneren Köcheröffnung 40, 41, 42, 43 nach radial innen versetzt angeordnet, wodurch eine in Umfangsrichtung wirkende Barriere gegen Abrieb gebildet ist, wodurch ein (übermäßiges) Auftreffen von Abrieb auf den in Fig. 3 nicht gezeigten Kohlebürsten verhindert wird.
  • Die dem Kommutator zugewandten Seiten 39 der Mittel 21 sind in Umfangsrichtung gekrümmt ausgebildet und sind mit Abstand zu dem nicht gezeigten Kommutator angeordnet, wobei zwischen den Seiten 39 und dem Kommutator nur ein minimaler Umfangsspalt mit einer in Umfangsrichtung gleichbleibender Radialerstreckung von in diesem Ausführungsbeispiel 0, 5mm gebildet ist.

Claims (12)

  1. Kommutierungseinrichtung mit einem rotierbaren Kommutator (2) und mit mindestens einem den Kommutator (2) kontaktierenden Schleifelement (16, 17, 18,19),
    wobei Mittel (21) zum Abführen von bei der Kommutierung entstehendem Abrieb (20) vorgesehen sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (21) mindestens eine elektrisch nicht leitende, an dem Kommutator (2) anliegende Feder (22, 23, 24, 25) umfassen.
  2. Kommutierungseinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Feder (22, 23, 24, 25) als in Richtung des Kommutators (2) gebogene und/oder schräg angeordnete Blattfeder ausgebildet ist.
  3. Kommutierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Mittel (21) aus einem elektrisch nicht leitenden Kunststoff ausgebildet sind/ist.
  4. Kommutierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Breite der Mittel (21) zumindest näherungsweise der Axialerstreckung des Kommutators (2) entspricht oder diesen axial überragt.
  5. Kommutierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Mittel (21) im Bereich ihres freien, am Kommutator (2) anliegenden Endes (30, 31, 32, 33) eine gebogene oder schräge Anlauffläche aufweisen/aufweist.
  6. Kommutierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Schleifelementhalter (11) mit mehreren Köchern (12, 13, 14, 15) zur Aufnahme jeweils eines Schleifelementes (16, 17, 18, 19) vorgesehen ist, und dass mindestens einem Köcher (12,13,14,15), vorzugsweise jedem Köcher (12, 13, 14, 15) eine in Drehrichtung (36) des Kommutators (2) gesehen vor dem Köcher (12, 13, 14, 15) an dem Kommutator (2) anliegende Feder (22, 23, 24, 25), zugeordnet sind/ist.
  7. Kommutierungseinrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Mittel (21) einstückig mit dem Schleifelementhalter (11) ausgebildet, oder an diesem festlegbar, insbesondere festklemmbar, sind/ist.
  8. Kommutierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Mittel (21) in Abhängigkeit der Drehrichtung (36) des Kommutators (2) in zwei unterschiedlichen Richtungspositionen am Schleifelementhalter (11) festlegbar sind/ist.
  9. Kommutierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Mittel (21) aus demselben Material, vorzugsweise aus Kunststoff, ausgebildet sind, wie der zugehörige Köcher (12, 13, 14, 15) des Schleifelementhalters (11).
  10. Kommutierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Mittel (21) mit den zugehörigen Köcher (12, 13, 14, 15) als gemeinsames Spritzgussteil ausgebildet sind.
  11. Kommutierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Mittel (21) auf der dem Kommutator (2) zugewandten Seite (39) in Richtung der Umfangserstreckung des Kommutators (2) gekrümmt sind.
  12. Elektrische Maschine, insbesondere Elektromotor oder Generator, mit einer Kommutierungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Kommutator (2) drehfest auf einer Ankerwelle angeordnet ist.
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