WO2010023058A1 - Elektrische maschine sowie anordnung bestehend aus einer elektrischen schleifbürste und einem führungselement für eine schleifbürste - Google Patents

Elektrische maschine sowie anordnung bestehend aus einer elektrischen schleifbürste und einem führungselement für eine schleifbürste Download PDF

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Wolfram Breitling
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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
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/38—Brush holders
    • H01R39/381—Brush holders characterised by the application of pressure to brush

Definitions

  • Electric machine and arrangement consisting of an electric grinding brush and a guide element for a brush
  • the present invention is based on an electric machine and an arrangement consisting of an electric brush and a guide element for a brush according to the features of the preambles of claims 1 and
  • the object of the invention is, despite the required play of the carbon brushes within their guide elements to avoid transverse movements of the carbon brushes or movements of the carbon brushes in the axial direction of the motor.
  • the structure according to the invention is provided in an advantageous manner on at least two surfaces, preferably on the front and the back of the brush and on the corresponding sliding surfaces of the guide body.
  • the cooperating as a kind of positive locking structures are preferably provided on the grinding or carbon brush as a triangular-shaped recess into which engages at least partially a corresponding triangular (counter) structure, which is formed on the sliding surfaces of the guide body.
  • the structure for the guide body can be sprayed on its sliding surfaces in a simple manner.
  • the upper end face of the carbon brush When installed, a spring rests on the upper end face of the carbon or abrasive brush to ensure permanent contact between carbon brush and commutator.
  • the upper end face of the carbon brush is inclined in a first plane or provided with a bevel, which - based on the axis of the engine- in the radial direction. Due to the inclination of the upper end side, a transverse force is generated, which adds to the drag force.
  • the carbon brush is advantageously tilted slightly forward in its guide body, so that both its front edge facing the commutator and the rear edge remote from the commutator are pressed against the inner walls of the guide body.
  • the position of the carbon brush can be additionally stabilized within the guide body.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an armature of a DC motor
  • FIG. 2 shows a plan view of an arrangement consisting of a grinding brush, which is received longitudinally displaceably in a guide element,
  • FIG. 3 shows a sectional view through such an arrangement with a brush according to a second embodiment
  • 4 shows a third embodiment of a grinding or carbon brush in a first side view
  • Figure 5 is a view of the grinding or carbon brush from direction A of FIG. 4 and
  • Figure 6 is an isometric view of the grinding or carbon brush according to the third embodiment.
  • FIG. 1 shows an armature 2 of a direct current motor mounted on a shaft 1 and provided with windings.
  • a commutator 3 or collector is also provided on the shaft 1, which would be in sliding contact with the current collector with carbon brushes 4 attached to a stator, not shown, of the motor.
  • a permanent sliding contact is ensured by pressure springs (not shown), which are supported on the upper end face 4E of the carbon brushes 4.
  • the carbon brushes 4 are-as shown in Figure 2-in guide elements, hereinafter referred to as a guide body 5, mounted longitudinally displaceable, so that despite wear of the carbon brushes 4 a permanent sliding contact with the commutator 3 is ensured.
  • the guide body 5 for the carbon brushes 4 are preferably made of plastic, which have a high thermal expansion coefficient. During operation of the motor, therefore, these guide body 5 expand accordingly and it forms between carbon brush 4 and the inner walls of the guide body 5 a corresponding game or open spaces, the game is characterized in the axial direction symbolically with the arrows 6 in Figure 1.
  • structures 9 in the form of triangular recesses are inserted on the front side 4C and on the back 4D of the carbon brushes 4 - introduced, which interact with formed on the inner surfaces of the front and back 10, 11 of the guide body 5 triangular (counter) structures 12, so that the axial play of the carbon brushes 4 is prevented or limited.
  • the (counter) structure provided on the inner surfaces of the front and back surfaces 10, 11 of the guide body 5 is preferably sprayed onto the inner surfaces.
  • the number, shape and position of the structures 9 and 12 can be adapted to the structural conditions of the engine or to the requirements of the axial guidance of the carbon brushes 4 within the guide body 5 accordingly.
  • it can be formed directly out of the material of the guide body 5, in particular when using guide bodies 5 made of metal, for example, also by means of a corresponding embossing technique.
  • FIG 3 an arrangement with a second embodiment of a carbon brush 4 is shown, the upper end face 4E, in contrast to the first embodiment is not flat, but is provided in an x-plane with a slope or chamfer.
  • the chamfer sloping towards the front side 4C of the carbon brush 4 causes a transverse force 14, which adds to the drag force 16 caused by the rotation R of the commutator 3.
  • the front side 4C of the carbon brush 4 is pressed against the lower front edge 18 of the guide body 5 and the back 4D of the carbon brush 4 against the upper rear wall 20 and thus stabilized the position of the carbon brush 4 in their leadership.
  • the bevel extends not only in a plane x but also in a z-plane. This is achieved by the chamfer or its surface is rotated from the previous embodiment, for example, 45 °. This is advantageously a stabilizing component for the leadership of Carbon brush 4 is ensured within the guide body 5 in the axial direction of the motor. If the stabilizing effect is to be ensured exclusively in the axial direction of the motor, then the bevel or inclination would run exclusively in the z-plane.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung bestehend aus einer elektrischen Schleifbürste (4) und einem Führungselement (5) für eine Schleifbürste, in dem die Schleifbürste (4) längsverschiebbar aufgenommen ist. Es wird vorgeschlagen, dass die Oberfläche der Schleifbürste (4) und die Oberfläche des Führungselements (5) jeweils eine miteinander korrespondierende Struktur (9, 12) aufweisen, die Querbewegungen der Schleifbürste (4) innerhalb des Führungselements (5) unterbinden bzw. begrenzen.

Description

Elektrische Maschine sowie Anordnung bestehend aus einer e- lektrischen Schleifbürste und einem Führungselement für eine Schleifbürste
Die vorliegende Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine sowie einer Anordnung bestehend aus einer elektrischen Schleifbürste und einem Führungselement für eine Schleifbürste gemäß den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und
Bei Gleichstrommotoren (siehe z.B. DE 196 06 487 Al) unter- liegt die elektrische Verbindung zwischen den Schleif- bzw. Kohlebürsten und dem Kommutator ständiger Änderungen, da bedingt durch die Drehbewegung des Ankers die Kohlebürsten auf dem Kommutator schleifen. Jede Kohlebürste erzeugt durch den permanenten Schleifkontakt mit dem Kommutator ihr eigenes Laufbild, vergleichbar mit einem Fingerabdruck. Wenn sich aufgrund von Axialbewegungen des Ankers oder Bewegungen der Kohlebürsten innerhalb ihrer Führungen die Laufspur auch nur geringfügig verändert, ändert sich der Übergangswiderstand, was sich dann am Motor nachteilig als Drehzahländerung oder Drehzahlsprung äußert. Häufig bestehen die Führungen für die Kohlebürsten aus Kunststoff. Wegen dem relativ hohen Ausde- hungskoeffizienten von Kunststoff erhalten die Kohlebürsten viel Spiel bzw. Freiraum in ihren Führungselementen, um Verklemmungen der Kohlebürsten vorsorglich zu vermieden.
Aufgabe der Erfindung ist es, trotz der erforderlichen Spielführung der Kohlebürsten innerhalb ihrer Führungselemente Querbewegungen der Kohlebürsten bzw. Bewegungen der Kohlebürsten in Axialrichtung des Motors zu vermeiden.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt dabei durch die im Anspruch 1 und 8 angegebenen Merkmale. Dadurch, dass sowohl die Oberfläche der Schleifbürste als auch die Gleitfläche ihres Führungselements eine Struktur aufweisen, die als eine Art Formschluss zusammenwirken, wer- den die eingangs beschriebenen unerwünschten Querbewegungen der Schleifbürste innerhalb des Führungskörpers bzw. Bewegungen der Schleifbürste in axialer Richtung des Motors vermeiden .
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen Anordnung aufgeführt .
Die erfindungsgemäße Struktur ist auf vorteilhafte Art und Weise an mindestens zwei Flächen, vorzugsweise an der Vorder- und der Rückseite der Schleifbürste und an den dazu korrespondierenden Gleitflächen des Führungskörpers vorgesehen.
Die als eine Art Formschluss zusammenwirkenden Strukturen sind vorzugsweise an der Schleif- bzw. Kohlebürste als drei- eckförmige Ausnehmung vorgesehen, in die zumindest partiell eine korrespondierende dreieckförmige (Gegen-) Struktur eingreift, die an den Gleitflächen des Führungskörpers ausgebildet ist.
Die Struktur für den Führungskörper kann auf einfache Art und Weise auf deren Gleitflächen aufgespritzt werden.
Im eingebauten Zustand stützt sich auf der oberen Stirnseite der Kohle- bzw. Schleifbürste eine Feder ab, die den permanenten Kontakt zwischen Kohlebürste und Kommutator sicherstellt. Zur Vermeidung des sogenannten „stick-slip" Effekts, bei dem sich ein Wechsel von Haft- und Gleitreibung einstellt, ist die obere Stirnseite der Kohlebürste in einer ersten Ebene geneigt bzw. mit einer Schräge versehen, die - bezogen auf die Achse des Motors- in radialer Richtung verläuft. Durch die Neigung der oberen Stirnseite wird eine Querkraft erzeugt, die sich mit der Schleppkraft addiert. Dadurch wird auf vorteilhafte Art und Weise die Kohlebürste in ihrem Füh- rungskörper leicht nach vorne gekippt, so dass sowohl ihre dem Kommutator zugewandte Vorderkante als auch die dem Kommutator abgewandte Hinterkante an die Innenwände des Führungskörpers gedrückt wird. Damit kann die Lage der Kohlebürste innerhalb des Führungskörpers zusätzlich stabilisiert werden.
Um auch eine Stabilisierung der Führung der Kohlebürste innerhalb des Führungskörpers in Axialrichtung des Motors zu erreichen, wird weiterhin vorgeschlagen, die obere Stirnseite in einer zweiten Ebene mit einer Neigung bzw. Schräge zu ver- sehen, die -bezogen auf die Achse des Motors- in axialer
Richtung verläuft. Dies wird dadurch realisiert, dass die An- schrägung ausgehend vom vorherigen Ausführungsbeispiel um vorzugsweise 45° in ihrer Ebene gedreht wird. Damit wird die Kohlebürste in ihrem Führungskörper zusätzlich seitlich ge- kippt, so dass auch die untere und obere Seitenkante der Kohlebürste an die Innenwände des Führungskörpers gedrückt wird.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ankers eines Gleichstrommotors,
Figur 2 eine Draufsicht auf eine Anordnung bestehend aus einer Schleifbürste, die in einem Führungselement längsverschiebbar aufgenommen ist,
Figur 3 eine Schnittdarstellung durch eine derartige Anordnung mit einer Schleifbürste gemäß einer zweiten Ausführungsform, Figur 4 eine dritte Ausführungsform einer Schleif- bzw. Kohlebürste in einer ersten Seitenansicht,
Figur 5 eine Ansicht auf die Schleif- bzw. Kohlebürste aus Richtung A gemäß Fig. 4 und
Figur 6 eine isometrische Darstellung der Schleif- bzw. Kohlebürste gemäß der dritten Ausführungsform.
In Figur 1 ist ein auf einer Welle 1 befestigter und mit Wicklungen versehener Anker 2 eines Gleichstrommotors dargestellt. Stirnseitig am Anker 2 ist auf der Welle 1 weiterhin ein Kommutator 3 bzw. Kollektor vorgesehen, der zur Stromauf- nähme mit an einem nicht dargestellten Stator des Motors befestigten Kohlebürsten 4 in Schleifkontakt steht. Wie allgemein bekannt, wird ein permanenter Schleifkontakt durch Andruckfedern (nicht dargestellt) sichergestellt, die sich auf der oberen Stirnseite 4E der Kohlebürsten 4 abstützen.
Die Kohlebürsten 4 sind -wie in Figur 2 dargestellt- in Führungselementen, im folgenden als Führungskörper 5 bezeichnet, längsverschieblich gelagert, so dass trotz Verschleiß der Kohlebürsten 4 ein permanenter Schleifkontakt zum Kommutator 3 sichergestellt ist. Die Führungskörper 5 für die Kohlebürsten 4 bestehen vorzugsweise aus Kunststoff, die einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Im Betrieb des Motors dehnen sich daher diese Führungskörper 5 entsprechend aus und es bildet sich zwischen Kohlebürste 4 und den Innenwänden der Führungskörper 5 ein entsprechendes Spiel bzw. Freiräume aus, wobei das Spiel in axialer Richtung symbolisch mit den Pfeilen 6 in Figur 1 gekennzeichnet ist. Um zu verhindern, dass sich die Kohlebürste 4 innerhalb des Führungskörpers 5 insbesondere nicht in axialer Richtung (bezo- gen auf die Motorachse) verschieben kann, sind auf der Vorderseite 4C und auf der Rückseite 4D der Kohlebürsten 4 Strukturen 9 in Form von dreieckförmigen Ausnehmungen einge- bracht, die mit an den Innenflächen der Vorder- und Rückseite 10, 11 der Führungskörper 5 ausgebildeten dreieckförmigen (Gegen-) Strukturen 12 korrespondierend zusammen wirken, so dass das Axialspiel der Kohlenbürsten 4 unterbunden bzw. be- grenzt ist. Die auf den Innenflächen der Vorder- und Rückseite 10, 11 des Führungskörpers 5 vorgesehene (Gegen-) Struktur wird vorzugsweise auf die Innenflächen aufgespritzt. Natürlich kann die Anzahl, Form und Position der Strukturen 9 und 12 an die baulichen Gegebenheiten des Motors oder an die An- forderungen der axialen Führung der Kohlebürsten 4 innerhalb der Führungskörper 5 entsprechend angepasst werden. Anstelle des Aufspritzens der Struktur 12 kann diese insbesondere bei der Verwendung von Führungskörpern 5 aus Metall beispielsweise auch durch entsprechende Prägetechnik direkt aus dem Mate- rial des Führungskörpers 5 heraus ausgebildet werden.
In Figur 3 ist eine Anordnung mit einer zweiten Ausführungsform einer Kohlebürste 4 dargestellt, deren obere Stirnfläche 4E im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel nicht eben, sondern in einer x- Ebene mit einer Neigung bzw. Anschrägung versehen ist. Die zur Vorderseite 4C der Kohlebürste 4 hin abfallende Anschrägung bewirkt eine Querkraft 14, die sich mit der durch die Rotation R des Kommutators 3 hervorgerufenen Schleppkraft 16 addiert. Dadurch wird die Vorderseite 4C der Kohlebürste 4 gegen die untere Vorderkante 18 des Führungskörpers 5 und die Rückseite 4D der Kohlebürste 4 gegen die obere hintere Wand 20 gedrückt und damit die Lage der Kohlebürste 4 in ihrer Führung stabilisiert.
Damit auch eine stabilisierende Wirkung in Axialrichtung des Motors erreicht wird, verläuft -gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel (siehe Figuren 4 bis 6) die Anschrägung nicht nur in einer Ebene x, sondern auch in einer z- Ebene. Dies wird dadurch erreicht, dass die Anschrägung bzw. deren Fläche ausgehend vom vorherigen Ausführungsbeispiel um beispielsweise 45° gedreht wird. Damit wird auf vorteilhafte Art und Weise auch eine stabilisierende Komponente für die Führung der Kohlebürste 4 innerhalb des Führungskörpers 5 in Axialrichtung des Motors sichergestellt. Soll die stabilisierende Wirkung ausschließlich in Axialrichtung des Motors sichergestellt werden, dann würde die Anschrägung bzw. Neigung aus- schließlich in der z- Ebene verlaufen.
Die vorgeschlagenen Anordnungen, bestehend aus Kohlebürste und Führungselement, sind natürlich nicht nur für den Einsatz in Gleichstrom- bzw. DC- Motoren geeignet, sondern können auch zur Stromaufnahme in Wechselstrommotoren (Stichwort: Schleifringläufermotor) Anwendung finden.
Selbstverständlich sind die zuvor beschriebenen Anordnungen auch für Anwendungen im Generatorbetrieb von elektrischen Ma- schinen geeignet.

Claims

Ansprüche
1. Anordnung bestehend aus einer elektrische Schleifbürste (4) und einem Führungselement (5) für eine Schleifbürste, in dem die Schleifbürste (4) längsverschiebbar aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Schleifbürste (4) und die Oberfläche des Führungselements (5) jeweils eine miteinander korrespondierende Struktur (9, 12) aufweisen, die Querbewegungen der Schleifbürste (4) innerhalb des Führungselements (5) vermeiden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (9,12) an mindestens zwei Flächen, vorzugsweise der Vorder- und Rückseite (4C, 4D) der Schleifbürste (4) und der dazu korrespondierenden Vorder- und Rückseite (10, 11) des Führungselements (5) vorgesehen sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (9) an der Schleifbürste (4) als dreieckförmige Ausnehmung ausgebildet ist, in die als Führung eine dazu korrespondierende Struktur (12) des Führungskörpers (5) eingreift.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (12) auf die Gleitflächen des Führungselements (5) aufgespritzt ist.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Stirnseite (4C) der Schleifbürste (4), an dem eine Bürstenandruckfeder abstützbar ist, in einer ersten Ebene (x) geneigt ist, wobei die Neigung im eingebauten Zustand -bezogen auf die Motorachse- in radialer Richtung verläuft.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Stirnseite (4C) der Schleifbürste (4), an dem eine Bürstenandruckfeder abstützbar ist, zusätzlich zu der ersten Ebene (x) auch in einer zweiten Ebene (z) geneigt ist, die im eingebauten Zustand -bezogen auf die Motorachse- in axialer Richtung verläuft .
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass das Führungselement (5) aus
Kunststoff besteht.
8. Elektrische Maschine, insbesondere elektrischer Gleichstrommotor, mit einem auf einer Welle (1) angeordneten An- ker (2) und einem Kommutator (3) oder Schleifring zur Stromaufnahme oder Stromabgabe, der mit elektrischen Schleifbürsten (4) in Kontakt steht, wobei die Schleifbürsten (4) in Führungselementen (5) aufgenommen sind, die an einem Stator befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass Schleifbürsten (4) und Führungselemente (5) als eine Anordnung gemäß den Merkmalen der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind.
PCT/EP2009/059852 2008-08-26 2009-07-30 Elektrische maschine sowie anordnung bestehend aus einer elektrischen schleifbürste und einem führungselement für eine schleifbürste WO2010023058A1 (de)

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