EP2903103A1 - Bürsteneinheit mit einer elastischen Bürste - Google Patents

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EP2903103A1
EP2903103A1 EP14000365.8A EP14000365A EP2903103A1 EP 2903103 A1 EP2903103 A1 EP 2903103A1 EP 14000365 A EP14000365 A EP 14000365A EP 2903103 A1 EP2903103 A1 EP 2903103A1
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EP
European Patent Office
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brush
slip ring
brush holder
holder
points
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EP14000365.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2903103B1 (de
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Bernhard Bichler
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LTN Servotechnik GmbH
Original Assignee
LTN Servotechnik GmbH
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Publication date
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Priority to US14/597,245 priority patent/US9768573B2/en
Priority to CN201510050086.3A priority patent/CN104821473B/zh
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    • 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
    • H01R39/39—Brush holders wherein the brush is fixedly mounted in the holder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
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    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/08—Slip-rings
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    • H01R39/38—Brush holders

Definitions

  • the invention relates to a brush unit and slip ring arrangement with a corresponding brush unit according to claim 1 or claim 9.
  • a slip ring arrangement usually consists inter alia of two component groups, namely a stator and a rotor.
  • the stator often comprises a plurality of brush units, whereas the rotor usually has a series of slip rings.
  • brushes of the brush units have sliding contact with the shell sides of the rotating slip rings.
  • slip ring assemblies are used in many technical fields to transmit electrical signals or electrical power from a stationary to a rotating electrical unit or in the opposite direction.
  • the invention has for its object to provide a brush unit for a slip ring assembly, which allows high reliability and at the same time a simple and economical production.
  • a brush unit for electrically contacting a lateral surface of a slip ring comprises a brush holder and an elastic brush.
  • the brush is mounted on the brush holder so that it is elastically biased between two points on which the brush is supported on the brush holder, so that the brush has a bulge. Furthermore, the brush lies between the two points on the brush holder.
  • lateral surface is to be understood below according to the geometric definition for a cylindrical body, wherein the slip ring can be configured cylindrical, in particular hollow cylindrical or annular.
  • the brush holder between the two points at which the brush is supported on the brush holder have a concave surface.
  • the brush is not arranged so that the brush holder, z. B. in a recess penetrates. Rather, the brush is arranged only on one side of the brush holder and touches the brush holder only on one side or on an outer surface of the brush holder, in particular in the region of the concave surface.
  • the brush is advantageously designed in one piece.
  • the brush may be mounted between the two points on the brush holder such that the brush is urged toward the brush holder, in particular by means of a fastener.
  • the fastening means can use the brush on the brush holder or its concave surface, so that therefore the fastening means is arranged such that it is exposed to a Switzerlandebelastung, which results from the elastic bias of the brush in the bulge.
  • the brush may be urged by a rivet or screw as a fastener to the brush holder.
  • the brush bears against the concave surface of the brush holder at several points or on one surface of the brush.
  • the brush can be mounted on the brush holder such that the bulge of the brush on the brush holder in the region of the concave surface (supporting) is applied.
  • the brush has connections for electrical contacting between the two points on which the brush is supported on the brush holder.
  • These connections can be designed, for example, as holes.
  • contact elements for. B. in the form of sleeves, be passed.
  • the connections are thus preferably arranged in the region of the brush, which is elastically biased, ie in the region of the bulge.
  • the contact elements when the forces for generating the elastic bias of the brush are introduced by the contact elements, the contact elements, the region of the brush, which is elastically biased limit.
  • the brush holder has webs, by means of which the brush is secured in the axial direction, by means of which therefore the mobility of the brush in the axial direction is prevented or restricted. Accordingly, therefore, the brush can be arranged in a groove which secures the brush in the axial direction.
  • the webs are based on the axial direction on both sides of the concave surface.
  • the brush may in particular have two free ends for electrical contacting of the lateral surface of the slip ring.
  • the free ends are resiliently movable in a direction orthogonal to the axial direction x.
  • the brush is designed in the form of a metal strip, which is electrically conductive and resilient.
  • the invention also relates to a slip ring arrangement, which comprises a slip ring with a lateral surface and a brush unit with a brush holder and an elastic brush, wherein the brush electrically contacts the lateral surface. Further, the brush is mounted on the brush holder such that the brush is resiliently biased between two points where the brush is supported on the brush holder so that the brush has a bulge, the brush abutting between the two points on the brush holder.
  • the brush unit is designed so that the forces for supporting the brush relative to the brush holder relative to the slip ring are oriented in the tangential direction.
  • the slip ring assembly is used to transmit electrical power and / or electrical signals, so for the transmission of information.
  • the slip ring assembly may be configured to include a plurality of slip rings juxtaposed in the axial direction and a plurality of brush holders juxtaposed in the axial direction.
  • the brush holder are arranged at an axial distance from each other.
  • the slip ring assembly may have brackets and the brush holder fasteners, z. B. in the form of eyelets, for fixing the brush holder to the brackets.
  • the slip ring assembly on holders on which the brush holder is fixed, wherein the brush holder and the holders are designed such that the brush holder for relative axial adjustment relative to the brackets, in particular continuously, is displaceable.
  • brackets are arranged with respect to the circumferential direction of the slip ring on both sides of the bulge of the brush.
  • the contact forces on a slip ring of a corresponding slip ring arrangement can be reproducibly displayed in a very small tolerance field in a comparatively simple manner so that the mileage or service life for a slip ring arrangement can be increased.
  • a brush holder 1 is shown, which is made in the illustrated embodiment of an electrically non-conductive material.
  • This brush holder 1 has centrally a concave surface 1.1, which is limited by two webs 1.3 with respect to an x-direction (see also FIGS FIG. 2 ).
  • two holes or passages 1.2 are incorporated in the brush holder 1, which extend along a y-direction and penetrate the concave surface 1.1.
  • the brush holder 1 also has at its ends in each case a fastening element 1.4, designed here as an open eyelet, and further bores or passages 1.5, which run in a first approximation in the z-direction.
  • the brush holder 1 has a central bore 1.6.
  • FIG. 3 a brush 2 is shown before it is mounted on the brush holder 1.
  • the brush 2 is designed in the form of a comparatively elastic electrically conductive metal strip, wherein the ends are 2.2 slotted.
  • a central hole 2.3 and two adjacent holes 2.4 are provided in the central portion of the brush 2.
  • the brush 2 is at least between two points P1, P2, at which the brush 2 on the brush holder 1, in particular in the y-direction, supports, elastically biased, so that the brush 2 has a bulge 2.1.
  • the brush 2 abuts on the brush holder 1, in particular on the concave surface 1.1.
  • the bulge 2.1 of the brush 2 abuts on the brush holder 1, in particular on the concave surface 1.1.
  • the brush holder 1, in particular the concave surface 1.1 serves to align the brush 2, in particular for the exact positioning of the free ends 2.2. It is advantageous if the angle ⁇ is set with great accuracy.
  • the angle ⁇ is in accordance with FIG. 4 the angle between a central radially oriented (in the direction z) axis and the course of the brush beyond the bulge 2.1, or in the non-prestressed areas on both sides of the bulge 2.1.
  • the brush 2 is only elastically deformed, so it has no plastic deformation or resulting structural changes. Therefore, the mechanical properties with respect to the spring action for use in a slip ring assembly are very good.
  • an electrically conductive contact element 6 (here in the form of a sleeve 6) through one of the passages 1.2 and a hole 2.4 of the brush 2 is pushed (see FIG. 4 ) and with the brush 2, z. B. electrically contacted by a solder joint.
  • strands of electrical wires are then introduced and soldered to the contact elements 6.
  • the strands are formed by the passages 1.5 extending substantially in the z-direction (see FIG. 1 ), so that the passages 1.5 also serve as strain relief.
  • the guided through the passages 1.5 strands can be potted in the passages 1.5. For clarity, was omitted in the figures on the representation of the strands.
  • a slip ring assembly which comprises a plurality of brush units (ie, a plurality of brush holder 1 and brush 2) and in the axial direction x juxtaposed slip rings 3.
  • the slip rings 3 are separated by electrically insulating rings 8 at an axial distance from each other, each slip ring 3 has a cylindrical surface area 3.1.
  • the slip rings 3 are on its inside against each other electrically isolated on a support tube 7 secured against rotation.
  • the lateral surfaces 3.1 are contacted by the brushes 2 electrically.
  • the slip rings 3 are contacted with strands for transmitting signals or electrical power.
  • FIG. 5 dispensed with the representation of electrical lines.
  • the brush holder 1 are fixed with their fasteners 1.4 to brackets 4, in particular by a clip mechanism.
  • the brackets 4 are accordingly arranged relative to the circumferential direction of the slip rings 3 on both sides of the bulge 2.1 of the brush 2.
  • the slip ring assembly is designed so that the brush holder 1 are lined up in the axial direction x together, so are arranged at an axial distance from each other. This means in particular that there is an axial air gap between adjacent brush holders 1 or adjacent brush units. In this way, the axial positions of the individual brushes 2 relative to the respective associated slip ring 3 can be adjusted individually, so that tolerance-related dimensional deviations can be compensated.
  • the presented way of determining the brush holder 1 on the brackets 4 by means of the fastening elements 1.4 is advantageous.
  • This determination is frictionally engaged and designed such that with a correspondingly large force introduction a stepless axial displacement for the purpose of a relative axial adjustment of a single brush holder 1 along the brackets 4 of the brush holder 1 along the brackets 4 is displaceable.
  • the slip ring assembly is often operated so that the brush unit and the holder 4 are fixed, so are assigned to a stator, while the slip rings 3 and the support tube 7 act as a rotor in contrast.
  • the slip ring assembly serves to transfer electrical currents between the rotor and the stator, the rotor and the stator being rotatable relative to one another about an axis A extending in the direction x.
  • each of the brushes 2 contacts the lateral surface 3.1 of a slip ring 3 in a grinding manner.
  • a slip ring 3 is contacted on its lateral surface 3.1 per brush unit twice by a brush 2, since each brush 2 has two legs, each with a free end 2.2.
  • the ends 2.2 are radially movable in the context of the elasticity of the brush 2.
  • the webs 1.3 have been provided on the brush holders 1.3, so that a positive axial securing of the brushes 2 is present here.
  • This aspect also includes the function according to which the brushes 2 are guided by the webs 1.3 in such a way that they can no longer interlock, in particular their free ends 2.2.
  • the brush holder 1 'and the brush 2' no central passage or no central bore.
  • the brush 2 ' is initially pressed against the brush holder 1', so that the brush 2 'is elastically deformed and abuts against the concave surface 1.1 of the brush holder 1' .
  • an electrically conductive contact element 6 is ever pushed through one of the passages 1.2 and a hole 2.4 of the brush 2 'and with the brush in this phase 2 ', z. B. electrically contacted by a solder joint.
  • the electrical contact is used in the second embodiment at the same time as a mechanical attachment.
  • the brush 2 ' is elastically prestressed at least between two points P1, P2, at which the brush 2' is supported on the brush holder 1 'and on which the brush 2' is electrically contacted, so that the brush 2 ' has a bulge 2.1.
  • the brush 2 ' is also located on the brush holder 1', in particular on the concave surface 1.1.
  • the brush 2 ' is not pulled against the concave surface 1.1 by means of an additional fastening means. Rather, the concern of the brush 2 'results in the concave surface 1.1 only from the elastic bias.
  • connection of the contact elements 6 to corresponding strands takes place as in the first embodiment.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bürsteneinheit zur elektrischen Kontaktierung einer Mantelfläche (3.1) eines Schleifrings (3). Die Bürsteneinheit umfasst einen Bürstenhalter (1; 1') und eine elastische Bürste (2; 2'). Die Bürste (2; 2') ist derart am Bürstenhalter (1; 1') montiert, dass die Bürste (2; 2') zwischen zwei Punkten (P1, P2), an welchen sich die Bürste (2; 2') am Bürstenhalter (1; 1') abstützt, elastisch vorgespannt ist, so dass die Bürste (2; 2') eine Ausbauchung (2.1) aufweist und die Bürste (2; 2') am Bürstenhalter (1; 1') zwischen den zwei Punkten (P1, P2) anliegt. Weiterhin umfasst die Erfindung eine Schleifringanordnung mit einer entsprechenden Bürsteneinheit.

Description

    BEZEICHNUNG DER ERFINDUNG
  • Bürsteneinheit sowie Schleifringanordnung mit einer Bürsteneinheit
    • GEBIET DER TECHNIK
  • Die Erfindung betrifft eine Bürsteneinheit sowie Schleifringanordnung mit einer entsprechenden Bürsteneinheit gemäß dem Anspruch 1 beziehungsweise dem Anspruch 9.
  • Eine Schleifringanordnung besteht üblicherweise unter anderem aus zwei Bauteilgruppen, nämlich einem Stator und einem Rotor. Der Stator umfasst häufig mehrere Bürsteneinheiten, wogegen der Rotor meist eine Folge von Schleifringen aufweist. Im Betrieb haben Bürsten der Bürsteneinheiten gleitenden Kontakt zu den Mantelseiten der rotierenden Schleifringe. Derartige Schleifringanordnungen werden in vielen technischen Gebieten eingesetzt um elektrische Signale oder elektrische Leistung von einer ortsfesten auf eine sich drehende elektrische Einheit oder in entgegengesetzter Richtung zu übertragen.
    • STAND DER TECHNIK
  • In der Offenlegungsschrift DE 10 2012 204 830 A1 ist ein Bürstenblock offenbart, bei dem in einem Bürstenhalter zuvor plastisch verformte Bürsten montiert sind.
  • Eine derartige Bauweise hat unter anderem den Nacheil, dass die Lebensdauern der Schleifpaarungen bei entsprechenden Schleifringanordnungen vergleichsweise stark variieren.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Bürsteneinheit für eine Schleifringanordnung zu schaffen, welche eine hohe Zuverlässigkeit und gleichzeitig eine einfache und wirtschaftliche Herstellung erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 beziehungsweise des Anspruchs 9 gelöst.
  • Demnach umfasst eine Bürsteneinheit zur elektrischen Kontaktierung einer Mantelfläche eines Schleifrings einen Bürstenhalter und eine elastische Bürste. Dabei ist die Bürste derart am Bürstenhalter montiert, dass diese zwischen zwei Punkten, an welchen sich die Bürste am Bürstenhalter abstützt, elastisch vorgespannt ist, so dass die Bürste eine Ausbauchung aufweist. Weiterhin liegt die Bürste zwischen den zwei Punkten am Bürstenhalter an.
  • Der Begriff Mantelfläche ist im Folgenden gemäß der geometrischen Definition für einen zylindrischen Körper zu verstehen, wobei der Schleifring zylindrisch, insbesondere hohlzylindrisch beziehungsweise ringförmig ausgestaltet sein kann.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Bürstenhalter zwischen den zwei Punkten, an welchen sich die Bürste am Bürstenhalter abstützt, eine konkave Oberfläche aufweisen.
  • Die Bürste ist insbesondere nicht so angeordnet, dass diese den Bürstenhalter, z. B. in einer Ausnehmung, durchdringt. Vielmehr ist die Bürste nur an einer Seite des Bürstenhalters angeordnet und berührt den Bürstenhalter nur an einer Seite beziehungsweise an einer Außenfläche des Bürstenhalters, insbesondere im Bereich der konkaven Oberfläche. Im Übrigen ist die Bürste mit Vorteil einstückig ausgestaltet.
  • Die Bürste kann zwischen den zwei Punkten am Bürstenhalter derart befestigt sein, dass die Bürste zum Bürstenhalter, insbesondere mit Hilfe eines Befestigungsmittels gedrängt wird. Mit Vorteil kann das Befestigungsmittel die Bürste an den Bürstenhalter beziehungsweise dessen konkave Oberfläche heranziehen, so dass also das Befestigungsmittel derart angeordnet ist, dass dieses einer Zugebelastung ausgesetzt ist, welche aus der elastischen Vorspannung der Bürste im Bereich der Ausbauchung resultiert. Beispielsweise kann die Bürste durch einen Niet oder eine Schraube als Befestigungsmittel zum Bürstenhalter gedrängt werden.
  • Mit Vorteil liegt die Bürste an mehreren Punkten oder an einer Fläche der Bürste an der konkaven Oberfläche des Bürstenhalters an. Insbesondere kann die Bürste derart am Bürstenhalter montiert sein, dass die Ausbauchung der Bürste am Bürstenhalter im Bereich der konkaven Oberfläche (abstützend) anliegt.
  • In Weiterbildung der Erfindung weist die Bürste zwischen den zwei Punkten, an welchen sich die Bürste am Bürstenhalter abstützt, Anschlüsse für eine elektrische Kontaktierung auf. Diese Anschlüsse können beispielsweise als Löcher ausgestaltet sein. Weiterhin können durch die als Löcher ausgestalten Anschlüsse Kontaktelemente, z. B. in Form von Hülsen, hindurchgeführt sein. Die Anschlüsse sind also vorzugsweise in dem Bereich der Bürste angeordnet, welcher elastisch vorgespannt ist, also im Bereich der Ausbauchung. Insbesondere wenn durch die Kontaktelemente die Kräfte zur Erzeugung der elastischen Vorspannung der Bürste eingeleitet werden, können die Kontaktelemente den Bereich der Bürste, welcher elastisch vorgespannt ist, begrenzen.
  • Mit Vorteil weist der Bürstenhalter Stege auf, durch welche die Bürste in axialer Richtung gesichert ist, durch welche also die Bewegbarkeit der Bürste in axialer Richtung unterbunden beziehungsweise eingeschränkt ist. Demgemäß kann also die Bürste in einer Nut angeordnet sein, welche die Bürste in axialer Richtung sichert. Die Stege liegen bezogen auf die axiale Richtung beidseits der konkaven Oberfläche.
  • Die Bürste kann zur elektrischen Kontaktierung der Mantelfläche des Schleifrings insbesondere zwei freie Enden aufweisen. Die freien Enden sind in einer Richtung orthogonal zur axialen Richtung x federnd beweglich.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Bürste in Form eines Metallbandes ausgestaltet, welches elektrisch leitend und federelastisch ist.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Schleifringanordnung, welche einen Schleifring mit einer Mantelfläche sowie eine Bürsteneinheit mit einem Bürstenhalter und einer elastische Bürste umfasst, wobei die Bürste die Mantelfläche elektrisch kontaktiert. Weiterhin ist die Bürste derart am Bürstenhalter montiert, dass die Bürste zwischen zwei Punkten, an welchen sich die Bürste am Bürstenhalter abstützt, elastisch vorgespannt ist, so dass die Bürste eine Ausbauchung aufweist, wobei die Bürste zwischen den zwei Punkten am Bürstenhalter anliegt.
  • Vorzugsweise ist die Bürsteneinheit so ausgestaltet, dass die Kräfte zur Abstützung der Bürste relativ zum Bürstenhalter bezogen auf den Schleifring in tangentialer Richtung orientiert sind.
  • Die Schleifringanordnung dient zur Übertragung von elektrischer Leistung und / oder von elektrischen Signalen, also zur Übertragung von Information.
  • Die Schleifringanordnung kann so ausgestaltet sein, dass diese mehrere in axialer Richtung aneinander gereihte Schleifringe und mehrere in axialer Richtung aneinander gereihte Bürstenhalter aufweist.
  • Mit Vorteil sind die Bürstenhalter mit axialem Abstand zueinander angeordnet.
  • Weiterhin kann die Schleifringanordnung Halterungen aufweisen und der Bürstenhalter Befestigungselemente, z. B. in Form von Ösen, zum Festlegen des Bürstenhalters an den Halterungen.
  • Mit Vorteil weist die Schleifringanordnung Halterungen auf, an denen der Bürstenhalter festgelegt ist, wobei der Bürstenhalter und die Halterungen derart ausgestaltet sind, dass der Bürstenhalter für eine relative axiale Justierung relativ zu den Halterungen, insbesondere stufenlos, verschiebbar ist.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Halterungen bezogen auf die Umfangsrichtung des Schleifrings beidseits der Ausbauchung der Bürste angeordnet.
  • Durch die erfindungsgemäße Bürsteneinheit können auf vergleichsweise einfache Weise die Anpresskräfte an einen Schleifring einer entsprechenden Schleifringanordnung in einem sehr kleinen Toleranzfeld reproduzierbar dargestellt werden, so dass die Laufleistung beziehungsweise Lebensdauer für eine Schleifringanordnung erhöht werden kann.
  • Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den abhängigen Ansprüchen.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der erfindungsgemäßen Bürsteneinheit beziehungsweise der erfindungsgemäßen Schleifringanordnung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Figuren.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen die
    • Figur 1
    eine perspektivische Ansicht eines Bürstenhalters,
    Figur 2
    eine perspektivische Detailansicht des Bürstenhalters,
    Figur 3
    eine Draufsicht auf eine Bürste im nicht-eingebauten Zustand,
    Figur 4
    eine Teilschnittdarstellung einer Bürsteneinheit,
    Figur 5
    eine perspektivische Ansicht einer Schleifringanordnung,
    Figur 6
    eine Teilschnittdarstellung einer Bürsteneinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
    BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In der Figur 1 ist ein Bürstenhalter 1 gezeigt, welcher im vorgestellten Ausführungsbeispiel aus einem elektrisch nicht-leitenden Material hergestellt ist. Dieser Bürstenhalter 1 weist mittig eine konkave Oberfläche 1.1 auf, welche bezogen auf eine x-Richtung durch zwei Stege 1.3 begrenzt ist (siehe auch die Figur 2). Zudem sind in den Bürstenhalter 1 zwei Bohrungen beziehungsweise Durchlässe 1.2 eingearbeitet, die sich entlang einer y-Richtung erstrecken und die konkave Oberfläche 1.1 durchdringen. Der Bürstenhalter 1 weist außerdem an seinen Enden jeweils ein Befestigungselement 1.4, hier als eine offene Öse ausgestaltet, auf sowie weitere Bohrungen beziehungsweise Durchlässe 1.5, die in erster Näherung in z-Richtung verlaufen. Ferner weist der Bürstenhalter 1 eine zentrale Bohrung 1.6 auf.
  • In der Figur 3 ist eine Bürste 2 dargestellt, bevor diese an den Bürstenhalter 1 montiert wird. Die Bürste 2 ist in Form eines vergleichsweise elastischen elektrisch leitfähigen Metallbandes ausgestaltet, wobei die Enden 2.2 geschlitzt sind. Im mittleren Abschnitt der Bürste 2 sind ein zentrales Loch 2.3 und zwei daneben platzierte Löcher 2.4 vorgesehen.
  • Im Zuge des Zusammenfügens des Bürstenhalters 1 mit der Bürste 2 zu einer so genannten Bürsteneinheit wird gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (siehe die Figur 4) zunächst die Bürste 2 derart an den Bürstenhalter 1 gedrückt, dass diese elastisch verformt wird und an der konkaven Oberfläche 1.1 des Bürstenhalters 1 anliegt. Danach wird durch die zentrale Bohrung 1.6 des Bürstenhalters 1 und durch das zentrale Loch 2.3 der Bürste 2 ein Befestigungsmittel 5, hier ein Niet, geschoben und entsprechend verformt, so dass die Bürste 2 am Bürstenhalter 1 fixiert ist. Im montierten Zustand ist also die Bürste 2 zumindest zwischen zwei Punkten P1, P2, an welchen sich die Bürste 2 am Bürstenhalter 1, insbesondere in y-Richtung, abstützt, elastisch vorgespannt, so dass die Bürste 2 eine Ausbauchung 2.1 aufweist. Zwischen den zwei Punkten P1, P2 liegt die Bürste 2 am Bürstenhalter 1, insbesondere an der konkaven Oberfläche 1.1, an. Mit anderen Worten ausgedrückt, liegt die Ausbauchung 2.1 der Bürste 2 am Bürstenhalter 1, insbesondere an der konkaven Oberfläche 1.1, an. Der Bürstenhalter 1, insbesondere die konkave Oberfläche 1.1, dient zur Ausrichtung der Bürste 2, insbesondere zur exakten Positionierung der freien Enden 2.2. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Winkel α mit großer Genauigkeit eingestellt wird. Der Winkel α ist gemäß der Figur 4 der Winkel zwischen einer mittigen radial orientierten (in Richtung z) Achse und dem Verlauf der Bürste jenseits der Ausbauchung 2.1, beziehungsweise in den nicht-vorgespannten Bereichen beidseits der Ausbauchung 2.1.
  • Die Bürste 2 ist nur elastisch verformt, weist also keine plastischen Verformungen beziehungsweise daraus resultierende Gefügeveränderungen auf. Daher sind die mechanischen Eigenschaften im Hinblick auf die Federwirkung für die Anwendung in einer Schleifringanordnung sehr gut.
  • Danach wird jeweils ein elektrisch leitendes Kontaktelement 6 (hier in Form einer Hülse 6) durch einen der Durchlässe 1.2 und ein Loch 2.4 der Bürste 2 geschoben (siehe Figur 4) und mit der Bürste 2, z. B. durch eine Lötverbindung elektrisch kontaktiert. In die Kontaktelemente 6 werden danach Litzen von elektrischen Leitungen eingeführt und mit den Kontaktelementen 6 verlötet. Die Litzen werden durch die im Wesentlichen in z-Richtung verlaufenden Durchlässe 1.5 (siehe Figur 1) geführt, so dass die Durchlässe 1.5 auch als Zugentlastung dienen. Zu diesem Zweck können die durch die Durchlässe 1.5 geführten Litzen in den Durchlässen 1.5 vergossen werden. Der Übersichtlichkeit halber wurde in den Figuren auf die Darstellung der Litzen verzichtet.
  • In der Figur 5 ist eine Schleifringanordnung gezeigt, welche mehrere Bürsteneinheiten (also mehrere Bürstenhalter 1 und Bürsten 2) sowie in axialer Richtung x aneinander gereihte Schleifringe 3 umfasst. Nur zu Demonstrationszwecken sind in der Figur 5 drei Bürsteneinheiten quasi hochgeklappt dargestellt, also in einem Zustand, welcher nicht dem bestimmungsgemäßen Betriebszustand entspricht. Die Schleifringe 3 sind durch elektrisch isolierende Ringe 8 mit axialem Abstand voneinander getrennt, wobei jeder Schleifring 3 eine zylindrische Mantelfläche 3.1 aufweist. Die Schleifringe 3 sind an ihrer Innenseite gegeneinander elektrisch isoliert an einem Trägerrohr 7 verdrehsicher befestigt. Die Mantelflächen 3.1 werden von den Bürsten 2 elektrisch kontaktiert. Weiterhin sind die Schleifringe 3 mit Litzen kontaktiert zur Übertragung von Signalen oder elektrischer Leistung. Der Übersichtlichkeit halber wurde auch in der Figur 5 auf die Darstellung von elektrischen Leitungen verzichtet.
  • Die Bürstenhalter 1 werden mit ihren Befestigungselementen 1.4 an Halterungen 4 festgelegt, insbesondere durch einen Clip-Mechanismus. In dieser Einbausituation sind demgemäß die Halterungen 4 bezogen auf die Umfangsrichtung der Schleifringe 3 beidseits der Ausbauchung 2.1 der Bürste 2 angeordnet.
  • Die Schleifringanordnung ist so ausgestaltet, dass die Bürstenhalter 1 in axialer Richtung x aneinander gereiht sind, also mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind. Das heißt insbesondere, dass ein axialer Luftspalt zwischen benachbarten Bürstenhaltern 1 beziehungsweise benachbarten Bürsteneinheiten vorliegt. Auf diese Weise können die axialen Positionen der einzelnen Bürsten 2 relativ zu dem jeweils zugehörigen Schleifring 3 individuell einjustiert werden, so dass toleranzbedingte Maßabweichungen ausgeglichen werden können. In diesem Zusammenhang ist die vorgestellte Art der Festlegung der Bürstenhalter 1 an den Halterungen 4 mit Hilfe der Befestigungselemente 1.4 vorteilhaft. Diese Festlegung ist reibschlüssig und derart ausgebildet, dass bei entsprechend großer Krafteinleitung eine stufenlose axiale Verschiebung zum Zwecke einer relativen axialen Justierung eines einzelnen Bürstenhalters 1 entlang der Halterungen 4 der Bürstenhalter 1 entlang den Halterungen 4 verschiebbar ist.
  • Die Schleifringanordnung wird häufig so betrieben, dass die Bürsteneinheit und die Halterung 4 feststehend sind, also einem Stator zuzuordnen sind, während die Schleifringe 3 und das Trägerrohr 7 demgegenüber als Rotor fungieren.
  • Die Schleifringanordnung dient zum Übertragen von elektrischen Strömen zwischen dem Rotor und dem Stator, wobei der Rotor und der Stator relativ zueinander um eine Achse A, die sich in Richtung x erstreckt, drehbar angeordnet sind. Während der Drehbewegung kontaktiert je eine der Bürsten 2 die Mantelfläche 3.1 eines Schleifrings 3 schleifend. Im vorgestellten Ausführungsbeispiel wird ein Schleifring 3 an seiner Mantelfläche 3.1 pro Bürsteneinheit zweimal von einer Bürste 2 kontaktiert, da jede Bürste 2 zwei Schenkel aufweist mit jeweils einem freien Ende 2.2. Die Enden 2.2 sind im Rahmen der Elastizität der Bürste 2 radial beweglich. Für eine einwandfreie Signal- und / oder Stromübertragung ist es wichtig, dass die Bürste 2 beziehungsweise deren Enden 2.2 mit einer exakt vorbestimmten Vorspannungsbeziehungsweise Anpresskraft und in einem vorgegebenen Winkel relativ zur Mantelfläche 3.1 an der Mantelfläche 3.1 anliegen. Durch die erfindungsgemäße Bürsteneinheit wird sichergestellt, dass reproduzierbar und genau die oben genannten Kraft- und Geometrievorgaben mit vergleichsweise geringem Aufwand erreichbar sind.
  • Damit im Betrieb der Schleifringanordnung die Bürsten 2 sich in axialer Richtung, also in x-Richtung, relativ zum Bürstenhalter 1 nicht verlagern können, wurden die Stege 1.3 an den Bürstenhaltern 1.3 vorgesehen, so dass hier eine formschlüssige axiale Sicherung der Bürsten 2 vorliegt. Dieser Aspekt umfasst auch die Funktion, wonach durch die Stege 1.3 die Bürsten 2 derart geführt sind, dass diese nicht mehr verschränken können, insbesondere deren freien Enden 2.2.
  • Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel nach Figur 6 weisen der Bürstenhalter 1' und die Bürste 2' keinen zentralen Durchlass beziehungsweise keine zentrale Bohrung auf. Beim Fügen des Bürstenhalters 1' mit der Bürste 2' zur Bürsteneinheit wird gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel anfangs die Bürste 2' an den Bürstenhalter 1' gedrückt, so dass die Bürste 2' elastisch verformt wird und an der konkaven Oberfläche 1.1 des Bürstenhalters 1' anliegt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel wird in dieser Phase bereits je ein elektrisch leitendes Kontaktelement 6 durch je einen der Durchlässe 1.2 und ein Loch 2.4 der Bürste 2' geschoben und mit der Bürste 2', z. B. durch eine Lötverbindung elektrisch kontaktiert. Die elektrische Kontaktierung dient im zweiten Ausführungsbeispiel gleichzeitig als mechanische Befestigung. Demgemäß ist im montierten Zustand also die Bürste 2' zumindest zwischen zwei Punkten P1, P2, an welchen sich die Bürste 2' am Bürstenhalter 1' abstützt und an denen die Bürste 2' elektrisch kontaktiert ist, elastisch vorgespannt, so dass die Bürste 2' eine Ausbauchung 2.1 aufweist. Zwischen den zwei Punkten P1, P2 liegt auch hier die Bürste 2' am Bürstenhalter 1', insbesondere an der konkaven Oberfläche 1.1, an. Bei der Bauweise gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird also die Bürste 2' nicht gegen die konkaven Oberfläche 1.1 mit Hilfe eines zusätzlichen Befestigungsmittels gezogen. Vielmehr resultiert das Anliegen der Bürste 2' an der konkaven Oberfläche 1.1 lediglich aus deren elastischer Vorspannung. Die axiale Sicherung (in Richtung x) der Bürste 2' wird hier durch die Stege 1.3 formschlüssig erreicht.
  • Die Anbindung der Kontaktelemente 6 an entsprechende Litzen erfolgt wie im ersten Ausführungsbeispiel.

Claims (14)

  1. Bürsteneinheit zur elektrischen Kontaktierung einer Mantelfläche (3.1) eines Schleifrings (3), umfassend einen Bürstenhalter (1; 1') und eine elastische Bürste (2; 2'), dadurch gekennzeichnet, dass die Bürste (2; 2') derart am Bürstenhalter (1; 1') montiert ist, dass die Bürste (2; 2') zwischen zwei Punkten (P1, P2), an welchen sich die Bürste (2; 2') am Bürstenhalter (1; 1') abstützt, elastisch vorgespannt ist, so dass die Bürste (2; 2') eine Ausbauchung (2.1) aufweist und die Bürste (2; 2') am Bürstenhalter (1; 1') zwischen den zwei Punkten (P1, P2) anliegt.
  2. Bürsteneinheit gemäß dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bürstenhalter (1; 1') zwischen den zwei Punkten (P1, P2) eine konkave Oberfläche (1.1) aufweist.
  3. Bürsteneinheit gemäß dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürste (2) zwischen den zwei Punkten (P1, P2) am Bürstenhalter (1) mit Hilfe eines Befestigungsmittels (5) derart befestigt sind, dass die Bürste (2) zum Bürstenhalter (1) gedrängt wird.
  4. Bürsteneinheit gemäß einem der der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürste (2; 2') zwischen den zwei Punkten (P1, P2) Anschlüsse (2.4) für eine elektrische Kontaktierung aufweist.
  5. Bürsteneinheit gemäß dem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse (2.4) als Löcher ausgestaltet sind, und dass durch die als Löcher ausgestalten Anschlüsse (2.4) Kontaktelemente (6) hindurchgeführt sind.
  6. Bürsteneinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bürstenhalter (1; 1') Stege (1.3) aufweist, durch welche die Bürste (2; 2') in axialer Richtung (x) gesichert ist.
  7. Bürsteneinheit gemäß einem der der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürste (2; 2') zwei freie Enden (2.2) aufweist.
  8. Bürsteneinheit gemäß einem der der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürste (2; 2') in Form eines Metallbandes ausgestaltet ist.
  9. Schleifringanordnung, welche einen Schleifring (3) mit einer Mantelfläche (3.1) sowie eine Bürsteneinheit mit einem Bürstenhalter (1; 1') und einer elastische Bürste (2; 2') umfasst, wobei die Bürste (2; 2') die Mantelfläche (3.1) elektrisch kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürste (2; 2') derart am Bürstenhalter (1; 1') montiert ist, dass die Bürste (2; 2') zwischen zwei Punkten (P1, P2), an welchen sich die Bürste (2; 2') am Bürstenhalter (1; 1') abstützt, elastisch vorgespannt ist, so dass die Bürste (2; 2') eine Ausbauchung (2.1) aufweist, wobei die Bürste (2; 2') am Bürstenhalter (1; 1') zwischen den zwei Punkten (P1, P2) anliegt.
  10. Schleifringanordnung gemäß dem Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese mehrere in axialer Richtung (x) aneinander gereihte Schleifringe (3) und mehrere in axialer Richtung (x) aneinander gereihte Bürstenhalter (1; 1') aufweist.
  11. Schleifringanordnung gemäß dem Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürstenhalter (1; 1') mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind.
  12. Schleifringanordnung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifringanordnung Halterungen (4) aufweist und der Bürstenhalter (1; 1') Befestigungselemente (1.4) zum Festlegen des Bürstenhalters (1; 1') an den Halterungen (4).
  13. Schleifringanordnung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifringanordnung Halterungen (4) aufweist, an denen der Bürstenhalter (1; 1') festgelegt ist, wobei der Bürstenhalter (1; 1') und die Halterungen (4) derart ausgestaltet sind, dass für eine relative axiale Justierung der Bürstenhalter (1; 1') relativ zu den Halterungen (4) verschiebbar ist.
  14. Schleifringanordnung gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungen (4) bezogen auf die Umfangsrichtung beidseits der Ausbauchung (2.1) der Bürste (2; 2') angeordnet sind.
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