WO2015155321A1 - Elektromotor sowie bürste hierfür - Google Patents

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WO2015155321A1
WO2015155321A1 PCT/EP2015/057796 EP2015057796W WO2015155321A1 WO 2015155321 A1 WO2015155321 A1 WO 2015155321A1 EP 2015057796 W EP2015057796 W EP 2015057796W WO 2015155321 A1 WO2015155321 A1 WO 2015155321A1
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WO
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brush
commutator
contact surface
electric motor
inlet
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/057796
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English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Hessdörfer
Christian Geiling
Edgar LANDWEHR
Klaus SCHEUPLEIN
Original Assignee
Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/18—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
    • H01R39/26—Solid sliding contacts, e.g. carbon brush
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/38—Brush holders
    • H01R39/381—Brush holders characterised by the application of pressure to brush

Definitions

  • the invention relates to an electric motor which has at least one, in particular spring-loaded, brushes for engagement with a commutator.
  • the invention further relates to a brush for such an electric motor.
  • a designated as a commutator commutator which transmit the electric current to the windings of a relative to a stator, which is usually equipped with permanent magnets rotatably mounted rotor.
  • the commutator is formed on the rotor shaft, which also represents the shaft of the electric motor, in the form of axially aligned and circumferentially spaced apart commutator.
  • These slats are painted by fixed brushes, which transfer the electricity to the slats.
  • the lamellae generates a current turn from winding to winding, which generates a torque on the rotor shaft relative to the (stationary) magnetic poles of the stator.
  • the brushes are conventionally made of carbon powder - optionally together with metal particles - pressed. Due to the sliding contact with the slats, the brushes are subject to abrasion. In order to ensure contact between brush and commutator despite the abrasion, the brushes are often resiliently mounted in a so-called quiver by means of spring elements (mechanical springs) under the effect of their restoring force. This results in an automatic adjustment of the brushes.
  • the quivers are usually arranged on a support which forms a brush system together with the quivers, the brushes, the required electrical contact means and also partly arranged on the support suppression elements (coils or inductors and / or capacitors).
  • brushes are generally used, the brushes of which hereinafter also referred to as the inlet radius. running side radius of curvature of the convex curved brush contact surface is greater than the radius of curvature of the usually cylindrical and thus convexly curved commutator. Background to this is the noise behavior of the electric motor, since in this arrangement with comparatively large inlet radius of the formed between the contact surface of the brush and the convex curved or curved Kommutatorober Structure Kommutatorschlitz gently enters the effective as a tread brush contact surface until the brush (carbon brush) carries the entire surface.
  • Known brushes are therefore designed for optimally optimized inlet with different front geometries, for example, with a multiple grooving or a V-shaped Einschliff, as is known from DE 20 2004 015 271 U1.
  • a grinding process of the brush during operation is also mentioned in principle.
  • the invention has for its object to provide an electric motor of the type mentioned, in which the possibility of retraction and retention of a particle in the or in the nip between the commutator and this bestilorden brush, in particular carbon brush is minimized in engine operation. Furthermore, a suitable brush should be specified. This object is achieved in terms of the electric motor by the features of claim 1 and with respect to the brush by the features of claim 9 according to the invention. Advantageous embodiments and further developments of the invention are set forth in the subclaims and in the following description.
  • the electric motor with a rotatable about a motor axis commutator one of the commutator blades brushing sweeping with a convex curved, d.
  • H. inwardly curved brush contact surface in which at least one in the radial direction to the motor axis and thus to the commutator radially raised inlet rib is provided.
  • Their radius of curvature is greater than the radius of curvature of the cylindrical, convexly curved, d forming an at least inlet-side gap to the commutator.
  • H. outwardly curved commutator surface corresponding to the commutator contact surface.
  • At least two radial raised inlet ribs spaced from each other in the axial direction to the motor axis are provided.
  • the or each run-in rib suitably extends completely between the opposing and axially extending (longitudinal) surface outer edges of the brush and thus the brush contact surfaces thereof.
  • the invention is based on the idea of minimizing the possible entry of particles between the brush and the commutator by design of the brush contact surface in the new state of the brush during normal operation of the motor.
  • the inlet gap that is, at least to eliminate as much as possible the opening gap formed at a given direction of rotation of the commutator between the commutator blades running on the brush and the brush.
  • a run-in of the brush means an approximation of the brush-side radius of curvature to the commutator-side radius of curvature in the course - ie during - an automatic grinding process of the brush when first starting the electric motor.
  • the radius of curvature of the brush should be only slightly larger than that of the commutator, so that in the new state of the brush no edge run of the brush to the opening slot relative to the commutator may arise, the axial edges of the mutually spaced Kommutatorlamellen not collide with the brush.
  • At least two radially raised inlet ribs are suitably off-center, d. H. arranged offset to the axially opposite to the motor axis opposite azimuthal surface outer edges of the brush contact surface.
  • the brush contact surface in the axial direction on both sides of the or each inlet rib a - in the axial direction expediently as narrow as possible - contact area whose respective radius of curvature is preferably less than or approximately equal to the radius of curvature of the convex commutator.
  • the geometry and / or dimensioning of the or each radially raised inlet rib is such that in the course of grinding (running) of the brush, the bearing contact area of the brush contact surface with the commutator, starting from the center of the brush contact surface to the axially extending surface outer edges while reducing at least the inlet side gap progressively increased.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a brush system of an electric motor with two brushes, which are mounted in each case a quiver via a brush pressure spring against a commutator,
  • FIG. 3 shows a perspective view of the brush with its brush contact surface facing the commutator with two radially raised inlet ribs spaced apart from one another in the non-ground state of the brush;
  • FIG. 4 in a representation according to FIG. 3, the brush with run-in inlet ribs, FIG.
  • Fig. 6 in a representation according to Figures 3 to 5, the brush with full surface buried brush contact surface.
  • Fig. 1 shows a detail of an electric motor 1 and its commutator and brush system, which is designed in the form of an annular disc and is arranged concentrically around the commutator 2 of the electric motor 1.
  • the brush system comprises two carbon brushes 3 which are in contact with the commutator 2.
  • the commutator and brush system comprises two quivers 4, in which the brushes 3 are guided radially to the commutator 2 and perpendicular to each other.
  • the commutator and brush system further comprises two brush pressure springs 5, each in one of the quivers 4 between the brushes 3 and one einhegen nem radially outboard bottom Köcherêt 6.
  • the commutator and brush system further comprises two brush pressure springs 5, each in one of the quivers 4 between the brushes 3 and one einhegen nem radially outboard bottom Köcherêt 6.
  • the brushes 3 are used in the electric motor 1 for power transmission to the rotating during operation of the electric motor 1 commutator 2 and thus to the windings of the rotor of the electric motor 1, not shown.
  • the brushes 3 each have a connection cable 7 on one of its side surfaces.
  • the connecting cables 7 are each led out through a longitudinal slot 8 extending in the quiver 4.
  • FIG. 2 diagrammatically illustrates the contact area between the respective brush 3 and the commutator 2.
  • the latter carries on the outer circumference a number of commutator blades 9, which extend in the axial direction A (FIG. 3) and thus parallel to the motor axis extending perpendicularly into the plane of the drawing (unspecified) extend and mutually distributed to form, for example, filled with an insulating axial gaps 10 circumferentially.
  • the Kommutatorlamellen 9 form the commutator side, hereinafter referred to as the commutator surface 1 1 contact surface with the respective brush 3, wherein the commutator surface 1 1 due to the cylindrical shape of the commutator
  • the commutator-side radius of curvature of the commutator surface 1 1 is designated in Figure 2 with R K.
  • the brush-side contact surface 12 facing the commutator 2 or its commutator laminations 9 is concavely curved, the radius of curvature of the brush contact surface 12 being designated R B.
  • the brush 3 has two in the radial direction R raised, that is in the direction of the commutator 2 from the remaining contact areas of the brush contact surface 12 projecting inlet ribs 15 on the new condition of the brush 3 with its inlet gap 13 and the outlet gap 14 forming , These are spaced apart in the axial direction A such that between the two inlet ribs 15, a middle contact region 12a and between the respective inlet rib 15 and the respective facing azimuthal or tangential surface outer edge 16 of the brush contact surface 12, a further contact region 12b is formed.
  • the surface centreline of the brush contact surface 12, which is also referred to below as the middle of the surface and is shown in dashed lines, is designated by 12c.
  • the inlet ribs 15 extend completely between the two axially extending surface outer edges 17 of the brush contact surface 12.
  • the inlet ribs 15 are only with their central, dashed lines in Figure 3 marked contact points 18 on the commutator 2 and at the commutator 9 and thus at the convex commutator 11 1 at. This leads to the embodiment shown in Figure 2 of the surface center line 12c of the brush contact surface 12 toward wedge-shaped tapered running gaps 13, 14th
  • the unspecified inlet or Einschleifradien the adjacent to the inlet ribs 15 contact areas 12a and 12b of the brush contact surface 12 are preferably smaller than the radius of curvature R K of the commutator 11 1. However, these Einschleifradien the contact areas 12a and 12b may also be approximately equal to the radius of curvature R K of the commutator 2. It is important that the Einschleifgeometrie the brush contact surface 12 is designed such that in the new state of the brush 3, the radius of curvature R B of the convex curved brush contact surface 12 is greater than the radius of curvature RK of the convex curved commutator 11 1.
  • the curvature radii should Us R B of the brush 3 only slightly larger than the radius of curvature R K of the commutator surface 1 1, so that in the new state no edge run of the brush 3 to the inlet slot 13 may arise.
  • FIG. 4 shows the state of the brush contact surface 12 after the inlet ribs 15, which are as narrow as possible in the axial direction A, whose inlet or radius of curvature R B according to FIG. 2 is greater than the radius of curvature R K of the commutator surface 11.
  • Figure 5 shows the state of the brush contact surface 12 in the course of progressive running in or grinding in after the axial surface outer edges 17 of the brush contact surface 12 are reached. Visible in this inlet or Einschleifschreib essential parts of the adjacent to the inlet ribs 15 contact areas 12a to 12c of the brush contact surface 12 is not yet run or ground.
  • FIG. 6 now shows the brush contact surface 12 of the brush 3 running in or ground over the whole surface, which is again illustrated by the surface hatching in analogy to the illustrations in FIGS. 3 to 5.
  • each phase of running in or grinding in the brush contact surface 12 of the brush 3 is ensured in particular by the provision of two axially spaced inlet ribs 15 which are as close as possible to the azimuthal surface outer edges 12b and 12c of the brush contact surface 12, that upon entry of a particle during the Infeed relationship wise grinding process always at least one of the two inlet ribs 15 abuts the commutator surface 1 1.
  • the Einschleifradien the remaining contact areas 12a and 12b of the brush contact surface 12 such that the brush 3 can tilt in the quiver, so that in this case, at least one of the inlet fin 15 is always in direct contact with the commutator 11 1.
  • the individual two inlet ribs 15 in the closest possible edge region to the azimuthal surface outer edges 16 of the brush contact surface 12, there may also be provided rib pairs or arrangements with a plurality of inlet ribs 15.
  • the total area of the rib arrangements should continue to be as small as possible compared to the remaining contact areas 12a and 12b of the brush contact area 12, in particular with regard to a short-term inlet or grinding behavior of the brush contact surface 12.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor (1) mit einem um eine Motorachse drehbaren Kommutator (2), an dessen Kommutatorlamellen (9) mindestens eine diese betriebsbedingt bestreichende Bürste (3) anliegt, deren dem Kommutator (2) zugewandte Bürstenkontaktfläche (12) konkav gekrümmt ist und mindestens eine in Radialrichtung (R) zur Kommutatoroberfläche (11) radial erhabene Einlaufrippe (15) mit einem Krümmungsradius (RB) aufweist, der unter Bildung eines zumindest einlaufseitigen Spalts (13) zum Kommutator (2) größer ist als der Krümmungsradius (RK) der konvexen Kommutatoroberfläche (11).

Description

Beschreibung
Elektromotor sowie Bürste hierfür
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, der mindestens eine, insbesondere federbelastete, Bürsten zur Anlage an einem Kommutator aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Bürste für einen solchen Elektromotor.
Bei einer elektrischen Maschine, insbesondere bei einem Elektromotor, der als Gleichstrommotor ausgebildet ist, ist ein als Kommutator bezeichneter Stromwender vorgesehen, der den elektrischen Strom auf die Wicklungen eines gegenüber einem Stator, der üblicherweise mit Permanentmagneten bestückt ist, drehbar gelagerten Rotors übertragen. Dazu ist der Kommutator auf der Rotorwelle, die zugleich die Welle des Elektromotors darstellt, in Form von axial ausgerichteten und umfänglich voneinander beabstandeten Kommutatorlamellen gebildet. Diese Lamellen werden von feststehenden Bürsten bestrichen, die den Strom auf die Lamellen übertragen. Durch die Lamellen wird von Wicklung zu Wicklung eine Stromwendung erzeugt, die gegenüber den (feststehenden) Magnetpolen des Stators ein Drehmoment auf die Rotorwelle erzeugt.
Die Bürsten sind herkömmlicherweise aus Kohlepulver - gegebenenfalls zusammen mit Metallpartikeln - gepresst. Aufgrund des Schleifkontakts mit den Lamellen erfahren die Bürsten einen Abrieb. Um trotz des Abriebs den Kontakt zwischen Bürste und Kommutator zu gewährleisten, sind die Bürsten häufig in einem sogenannten Köcher mittels Federelementen (mechanischen Federn) unter Wirkung deren Rückstellkraft federnd gelagert. Dadurch erfolgt eine automatische Nachstellung der Bürsten. Die Köcher sind meist auf einem Träger angeordnet, der zusammen mit den Köchern, den Bürsten, den erforderlichen elektrischen Kontaktmitteln und teilweise ebenfalls auf dem Träger angeordneten Entstörelementen (Spulen bzw. Drosseln und/oder Kondensatoren) ein Bürstensystem bildet.
Bei einem derartigen, bürstenbehafteten Elektromotor werden im Allgemeinen Bürsten verwendet, deren nachfolgend auch als Einlaufradius bezeichneter ein- laufseitiger Krümmungsradius der konvex gekrümmten Bürstenkontaktfläche größer ist als der Krümmungsradius des üblicherweise zylindrischen und somit konvex gekrümmten Kommutators. Hintergrund hierzu ist das Geräuschverhalten des Elektromotors, da bei dieser Anordnung mit vergleichsweise großem Einlaufradius der zwischen der Kontaktfläche der Bürste und der konvex gekrümmten oder gewölbten Kommutatoroberfläche gebildete Kommutatorschlitz sanft in die als Lauffläche wirksame Bürstenkontaktfläche einläuft, bis die Bürste (Kohlebürste) vollflächig trägt.
Bekannte Bürsten sind daher zum möglichst optimierten Einlauf mit unterschiedlichen Stirngeometrien ausgeführt, beispielsweise mit einer mehrfachen Rillung oder einem V-förmigen Einschliff, wie dies aus des DE 20 2004 015 271 U1 bekannt ist. Dort ist in insbesondere in Absatz [0005] auch ein Einschleifvorgang der Bürste im Betrieb grundsätzlich erwähnt.
Bei derartigen Anordnungen entsteht zwischen dem Kommutator und der Bürste im Einlaufzyklus eine keilförmige Spaltöffnung. Diese begünstigt, dass sich im Elektromotor befindende Fremdpartikel betriebsbedingt unter die Lauffläche, das heißt in den Kontaktbereichen zwischen der Bürste und dem Kommutator beziehungsweise dessen Kommutatorlamellen eingezogen werden. In einem ungünstigen Fall kann ein solcher Partikel unmittelbar vor einem Stillstand des Elektromotors in den keilförmigen Spalt eingezogen werden. Liegt dieser dann zwischen dem Kommutator und der Bürste, so hebt diese vom Kommutator ab und der Elektromotor kann nicht erneut anlaufen, wenn ein solcher Partikel aus isolierendem Material besteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem im Motorbetrieb die Möglichkeit des Einziehens und Verbleibens eines Partikels in den bzw. im Laufspalt zwischen dem Kommutator und einer diesen bestreichenden Bürste, insbesondere Kohlebürste, minimiert ist. Des Weiteren soll ein hierzu geeignete Bürste angegeben werden. Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Elektromotors durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich der Bürste durch die Merkmale des Anspruchs 9 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
Hierzu weist der Elektromotor mit einem um eine Motorachse drehbaren Kommutator eine dessen Kommutatorlamellen bestreichende Bürste mit einer konvex gekrümmten, d. h. nach innen gewölbten Bürstenkontaktfläche auf, in der mindestens eine in Radialrichtung zur Motorachse und somit zum Kommutator hin radial erhabene Einlaufrippe vorgesehen ist. Deren Krümmungsradius ist unter Bildung eines zumindest einlaufseitigen Spalts zum Kommutator größer als der Krümmungsradius der zylindrischen, konvex gekrümmten, d. h. nach außen gewölbten Kommutatoroberfläche, die der Kommutatorkontaktfläche entspricht.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung sind mindestens zwei in Axialrichtung zur Motorachse zueinander beabstandete radial erhabene Einlaufrippen vorgesehen. Die oder jede Einlaufrippe erstreckt sich geeigneterweise vollständig zwischen den einander gegenüberliegenden und in Axialrichtung verlaufenden (längsseitigen) Flächenaußenkanten der Bürste und damit deren Bürstenkontaktflächen.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, allein durch die Gestaltung der Bürstenkontaktfläche im Neuzustand der Bürste im bestimmungsgemäßen Motorbetrieb möglichen Eintrag von Partikeln zwischen die Bürste und den Kommutator zu minimieren. Hierzu sollte der Einlaufspalt, das heißt zumindest der bei gegebener Drehrichtung des Kommutators zwischen den auf die Bürste zulaufenden Kommutatorlamellen und der Bürste gebildeten Öffnungsspalt weitestgehend zu eliminieren. Da zur Vermeidung von Geräuschentwicklungen ein Einlauf- und Einschleifradius vorhanden sein sollte, der größer ist als der Krümmungsradius des Kommutators, sollte eine - in Axialrichtung gesehen - möglichst schmale Einlaufrippe in der Bürstenkontaktfläche vorgesehen sein, so dass hierdurch in entsprechend kurzer Betriebszeit ein Einschieifen vollzogen ist. Ein Einlaufen der Bürste bedeutet eine Annäherung des bürstenseitigen Krümmungsradius an den kommutatorseitigen Krümmungsradius im Zuge - also während - eines automatischen Einschleifprozesses der Bürste bei erstmaliger Inbetriebsetzung des Elektromotors. Hierbei wird Bürstenmaterial der aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere staub- oder partikelförmige gepresste Kohle, bestehenden Bürste aufgrund deren schleifenden Anlage am Kommutator bzw. an dessen Kommutatorlamellen abgetragen. Der Einschleifprozess und damit der Einlaufprozess ist beendet, wenn die Krümmungsradien der konkaven Bürstenkontaktfläche und der konvexen Kommutatoroberfläche praktisch gleich sind und somit die kontaktierende Kreisbogenfläche der Bürste an die zylindrische Kontaktfläche des Kommutators angepasst ist.
Zudem sollte der Krümmungsradius der Bürste nur unwesentlich größer sein als derjenige des Kommutators, so dass im Neuzustand der Bürste kein Kantenlauf der Bürste zum Öffnungsschlitz gegenüber dem Kommutator entstehen kann, die Axialkanten der zueinander beabstandeten Kommutatorlamellen also nicht mit der Bürste kollidieren.
Die in vorteilhafter Ausgestaltung zumindest zwei radial erhabenen Einlaufrippen sind geeigneterweise außermittig, d. h. zu den in Axialrichtung zur Motorachse einander gegenüberliegenden azimutalen Flächenaußenkanten der Bürstenkontaktfläche hin versetzt angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung weist die Bürstenkontaktfläche in Axialrichtung beidseitig der oder jeder Einlaufrippe einen - in Axialrichtung zweckmäßigerweise möglichst schmalen - Kontaktbereich auf, dessen jeweiliger Krümmungsradius bevorzugt kleiner als oder annähernd gleich dem Krümmungsradius der konvexen Kommutatoroberfläche ist.
Insgesamt ist die Geometrie und/oder Bemessung der oder jeder radial erhabenen Einlaufrippe derart, dass sich im Zuge eines Einschleifens (Einlaufens) der Bürste der tragende Kontaktbereich der Bürstenkontaktfläche mit dem Kommutator ausgehend von der Flächenmitte der Bürstenkontaktfläche zu deren axial verlaufenden Flächenaußenkanten hin unter Reduzierung zumindest des einlaufseiti- gen Spalts fortschreitend vergrößert. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Bürstensystem eines Elektromotors mit zwei Bürsten, die in jeweils einem Köcher über eine Bürstenan- druckfeder gegen einen Kommutator gelagert sind,
Fig. 2 in einer Teilansicht den Kontaktbereich zwischen einer der Bürsten und dem Kommutator in Ausschnittsdarstellung,
Fig. 3 in perspektivischer Ansicht die Bürste mit Blick auf deren zum Kommutator gerichteten Bürstenkontaktfläche mit zwei zueinander beabstan- deten radial erhabenen Einlaufrippen im nicht eingeschliffenen Neuzustand der Bürste,
Fig. 4 in einer Darstellung gemäß Fig. 3 die Bürste mit eingelaufenen Einlaufrippen,
Fig. 5 in einer Darstellung gemäß den Figuren 3 und 4 die Bürste mit eingelaufenen Einlaufrippen bei Erreichen der axial verlaufenden Außenkanten der Bürstenkontaktfläche, und
Fig. 6 in einer Darstellung gemäß den Figuren 3 bis 5 die Bürste mit vollflächig eingelaufener Bürstenkontaktfläche.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ausschnittsweise einen Elektromotor 1 bzw. dessen Kommutator- und Bürstensystem, das in Form einer Ringscheibe ausgeführt ist und konzentrisch um den Kommutator 2 des Elektromotors 1 angeordnet ist. Das Bürstensystem umfasst zwei Kohlebürsten 3, die in Kontakt mit dem Kommutator 2 stehen. Des Weiteren umfasst das Kommutator- und Bürstensystem zwei Köcher 4, in denen die Bürsten 3 radial zu dem Kommutator 2 und senkrecht zueinander geführt sind. Um eine Antriebskraft zwischen den Bürsten 3 und dem Kommutator 2 zu erzeugen, umfasst das Kommutator- und Bürstensystem außerdem zwei Bürstenan- druckfedern 5, die jeweils in einem der Köcher 4 zwischen den Bürsten 3 und ei- nem radial außenseitigen Köcherboden 6 einhegen. Zur Verdeutlichung ist in Fig.
1 einer der Köcher 4 durchbrochen dargestellt.
Die Bürsten 3 dienen in dem Elektromotor 1 zur Stromübertragung auf den im Betrieb des Elektromotors 1 rotierenden Kommutator 2 und damit auf die nicht näher dargestellten Wicklungen des Rotors des Elektromotors 1 . Zur Strom Übertragung weisen die Bürsten 3 an einer ihrer Seitenflächen jeweils ein Anschlusskabel 7 auf. Zur einfachen Kontaktierung der Bürsten 3 sind die Anschlusskabel 7 jeweils durch einen in dem Köcher 4 verlaufenden Längsschlitz 8 herausgeführt.
Figur 2 veranschaulicht schematisch den Kontaktbereich zwischen der jeweiligen Bürste 3 und dem Kommutator 2. Dieser trägt außenumfangsseitig eine Anzahl von Kommutatorlamellen 9, die sich in Axialrichtung A (Figur 3) und somit parallel zur senkrecht in die Zeichenebene hinein verlaufenden (nicht näher bezeichneten) Motorachse erstrecken und zueinander unter Bildung von beispielsweise mit einem Isoliermaterial ausgefüllten Axialspalten 10 umfangsseitig verteilt angeordnet sind. Die Kommutatorlamellen 9 bilden die kommutatorseitige, nachfolgend als Kommutatoroberfläche 1 1 bezeichnete Kontaktfläche mit der jeweiligen Bürste 3, wobei die Kommutatoroberfläche 1 1 aufgrund der Zylinderform des Kommutators
2 konvex gekrümmt ist. Der kommutatorseitige Krümmungsradius der Kommutatoroberfläche 1 1 ist in Figur 2 mit RK bezeichnet. Die den Kommutator 2 beziehungsweise dessen Kommutatorlamellen 9 zugewandte bürstenseitige Kontaktfläche 12 ist konkav gekrümmt, wobei der Krümmungsradius der Bürstenkontaktflä- che 12 mit RB bezeichnet ist.
Im in Figur 2 gezeigten, nicht eingeschliffenen und somit nicht eingelaufenen Neuzustand der Bürste 3 ist zwischen dieser und - bei im Uhrzeigersinn orientierter Drehrichtung D des Kommutators 2 - der Kommutatoroberfläche 1 1 ein einlaufsei- tiger, keilförmiger Spalt 13 gebildet, der nachfolgend als Einlaufspalt bezeichnet wird. Analog ist auf der gegenüberliegenden Bürstenseite zwischen der Bürste 3 und den Kommutatorlamellen 9 ein nachfolgend als Auslaufspalt bezeichneter auslaufseitiger Spalt 14 gebildet. In diesem Einschleif- und Einlaufzustand der Bürste 3 ist der Krümmungsradius RB der konkaven Bürstenkontaktfläche 12 größer als der Krümmungsradius Ri der konvexen Kommutatoroberfläche 1 1 .
Den Neuzustand der Bürste 3 mit deren den Einlaufspalt 13 und den Auslaufspalt 14 bildenden Bürstenkontaktfläche 12 zeigt Figur 3. Erkennbar weist die Bürste 3 zwei in Radialrichtung R erhabene, das heißt in Richtung des Kommutators 2 aus dem übrigen Kontaktbereichen der Bürstenkontaktfläche 12 herausragende Einlaufrippen 15 auf. Diese sind in Axialrichtung A zueinander beabstandet derart, dass zwischen den beiden Einlaufrippen 15 ein mittlerer Kontaktbereich 12a und zwischen der jeweiligen Einlaufrippe 15 sowie der dieser jeweils zugewandten azimutalen oder tangentialen Flächenaußenkante 16 der Bürstenkontaktfläche 12 ein weiterer Kontaktbereich 12b gebildet ist. Die nachfolgend auch als Flächenmitte bezeichnete, strichliniert gezeichnete Flächenmittellinie der Bürstenkontaktfläche 12 ist mit 12c bezeichnet.
Die Einlaufrippen 15 erstrecken sich vollständig zwischen den beiden axial verlaufenden Flächenaußenkanten 17 der Bürstenkontaktfläche 12. Im Neuzustand bei vollständig montiertem Elektromotor 1 liegen die Einlaufrippen 15 lediglich mit deren mittigen, in Figur 3 strichliniert eingezeichneten Kontaktstellen 18 am Kommutator 2 beziehungsweise an dessen Kommutatorlamellen 9 und damit an der konvexen Kommutatoroberfläche 1 1 an. Dies führt zu der in Figur 2 dargestellten Ausbildung der sich zur Flächenmittellinie 12c der Bürstenkontaktfläche 12 hin keilförmig verjüngenden Laufspalte 13, 14.
Die nicht näher bezeichneten Einlauf- bzw. Einschleifradien der zu den Einlaufrippen 15 benachbarten Kontaktbereichen 12a und 12b der Bürstenkontaktfläche 12 sind vorzugsweise kleiner als der Krümmungsradius RK der Kommutatoroberfläche 1 1 . Jedoch können diese Einschleifradien der Kontaktbereiche 12a und 12b auch annähernd gleich dem Krümmungsradius RK des Kommutators 2 sein. Wichtig ist, dass die Einschleifgeometrie der Bürstenkontaktfläche 12 derart gestaltet ist, dass im Neuzustand der Bürste 3 der Krümmungsradius RB der konvex gekrümmten Bürstenkontaktfläche 12 größer ist als der Krümmungsradius RK der konvex gekrümmten Kommutatoroberfläche 1 1 . Dabei sollte der Krümmungsradi- us RB der Bürste 3 nur unwesentlich größer sein als der Krümmungsradius RK der Kommutatoroberfläche 1 1 , so dass im Neuzustand kein Kantenlauf der Bürste 3 zum Einlaufschlitz 13 entstehen kann.
Im Zuge des Einschleifvorgangs der Bürste 3 gewährleistet die Einlaufgeometrie der Bürstenkontaktfläche 12 und insbesondere deren Kontaktbereiche 12a und 12b, dass die Bürste 3 im fortschreitenden Einlaufprozess ausgehend von der Flächenmitte 12c der Bürstenkontaktfläche 12 nach außen zu den axialen Flächenaußenkanten 17 hin den Kontakt- oder Tragbereich erhöht, bis auch die axialen Flächenaußenkanten 17 der Bürste 3 tragend sind und demzufolge der Einlaufspalt 13 auf null (0) reduziert ist.
Figur 4 zeigt den Zustand der Bürstenkontaktfläche 12 nach dem Einlaufen der in Axialrichtung A möglichst schmalen Einlaufrippen 15, deren Einlauf- oder Krümmungsradius RB gemäß Figur 2 größer ist als der Krümmungsradius RK der Kommutatoroberfläche 1 1 .
Figur 5 zeigt den Zustand der Bürstenkontaktfläche 12 im Zuge fortschreitenden Einlaufens beziehungsweise Einschleifens nachdem die axialen Flächenaußenkanten 17 der Bürstenkontaktfläche 12 erreicht sind. Erkennbar sind in diesem Einlauf- beziehungsweise Einschleifzustand wesentliche Teile der zu den Einlaufrippen 15 benachbarten Kontaktbereichen 12a bis 12c der Bürstenkontaktfläche 12 noch nicht eingelaufen beziehungsweise eingeschliffen.
Figur 6 zeigt nun die vollflächig eingelaufene beziehungsweise eingeschliffene Bürstenkontaktfläche 12 der Bürste 3, was analog zu den Darstellungen in den Figuren 3 bis 5 wiederum durch die Flächenschraffierung verdeutlicht ist.
Während jeder Phase des Einlaufens beziehungsweise Einschleifens der Bürstenkontaktfläche 12 der Bürste 3 ist insbesondere durch das Vorsehen zweier axial beabstandeter Einlaufrippen 15, die möglichst nahe zu den azimutalen Flächenaußenkanten 12b und 12c der Bürstenkontaktfläche 12 hin angeordnet sind, gewährleistet, dass bei Eintrag eines Partikels während des Einlauf- beziehungs- weise Einschleifvorgangs stets mindestens eine der beiden Einlaufrippen 15 an der Kommutatoroberfläche 1 1 anliegt. Zudem sind die Einschleifradien der übrigen Kontaktbereiche 12a und 12b der Bürstenkontaktfläche 12 derart, dass die Bürste 3 in deren Köcherführung kippen kann, so dass auch in diesem Fall zumindest eine der Einlaufrippe 15 stets in direktem Kontakt zur Kommutatoroberfläche 1 1 steht.
Durch die Einlaufgeometrie der Bürstenkontaktfläche 12 der Bürste 3 wird die Möglichkeit des Eintrags und des Verbleibs eines Fremdpartikels zwischen der Bürste 3 und dem Kommutator 2 minimiert. Da aufgrund der zwei zueinander be- abstandeten Einlaufrippen 15 die Bürste in deren Köcherführung auch kippen kann, können auch vergleichsweise große Fremdpartikel kompensiert werden, die einen vergleichsweise hohen Isolationswiderstand aufweisen.
Durch die Wahl von in Axialrichtung A nur möglichst gering bemessenen Einlaufrippen 15 innerhalb der Einlaufgeometrie der Bürstenkontaktfläche 12 ist ein stabiles, symmetrisches und vorzugsweise äußerst zeitsparendes Einlauf- bzw. Einschleifverhalten der Bürste 3 ermöglicht.
Anstelle der einzelnen beiden Einlaufrippen 15 in möglichst nahem Randbereich zu den azimutalen Flächenaußenkanten 16 der Bürstenkontaktfläche 12 hin können dort auch Rippenpaare oder Anordnungen mit mehreren Einlaufrippen 15 vorgesehen sein. Die Gesamtfläche der Rippenanordnungen sollte dabei jedoch insbesondere hinsichtlich eines möglichst kurzfristigen Einlauf- beziehungsweise Einschleifverhaltens der Bürstenkontaktfläche 12 weiterhin möglichst klein gegenüber den verbleibenden Kontaktbereichen 12a und 12b der Bürstenkontaktfläche 12 sein.
Es ist somit ein erfindungsgemäßer Elektromotor 1 mit einem um eine Motorachse drehbaren Kommutator 2 beschrieben, an dessen Kommutatorlamellen 9 mindestens eine diese betriebsbedingt bestreichende Bürste 3 anliegt, deren dem Kommutator 2 zugewandte Bürstenkontaktfläche 12 konkav gekrümmt ist und mindestens eine in Radialrichtung R zur Kommutatoroberfläche 1 1 radial erhabene Ein- laufrippe 15 mit einem Krümmungsradius RB aufweist, der unter Bildung eines zumindest einlaufseitigen Spalts 13 zum Kommutator 2 größer ist als der Krümmungsradius RK der konvexen Kommutatoroberfläche 1 1 .
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. So kann beispielsweise auch lediglich eine einzelne radial erhabene Einlaufrippe 15, vorzugsweise in der Mitte der Bürstenkontaktfläche 12, vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste
1 Elektromotor
2 Kommutator
3 Kohle-/Bürste
4 Köcher
5 Bürstenandruckfeder
6 Köcherboden
7 Anschlusskabel
8 Längsschlitz
9 Kommutatorlamelle
10 Axialspalt
1 1 Kommutatoroberfläche
12 Bürstenkontaktfläche
12a mittlerer Kontaktbereich
12b äußerer Kontaktbereich
2c Flächenmitte/Flächenmittellinie
13 Einlaufspalt
14 Auslaufspalt
15 Einlaufrippe
16 azimutale Flächenaußenkante
17 axiale Flächenaußenkante
18 Kontaktstelle
A Axialrichtung
D Drehrichtung
R Radialrichtung
RB bürstenseitiger Krümmungsradius
RK kommutatorseitiger Krümmungsradius

Claims

Ansprüche
1 . Elektromotor (1 ) mit einem um eine Motorachse drehbaren Kommutator (2), an dessen Kommutatorlamellen (9) mindestens eine diese betriebsbedingt bestreichende Bürste (3) anliegt, deren dem Kommutator (2) zugewandte Bürstenkontaktfläche (12) konkav gekrümmt ist und mindestens eine in Radialrichtung (R) zur Kommutatoroberfläche (1 1 ) erhabene Einlaufrippe (15) mit einem Krümmungsradius (RB) aufweist, der unter Bildung eines zumindest einlaufseitigen Spalts (13) zum Kommutator (2) größer ist als der Krümmungsradius (RK) der konvexen Kommutatoroberfläche (1 1 ).
2. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bürstenkontaktfläche (12) mindestens zwei in Axialrichtung (A) zur Motorachse zueinander beabstandete radial erhabene Einlaufrippen (15) aufweist.
3. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die oder jede radial erhabene Einlaufrippe (15) zwischen den einander gegenüberliegenden und in Axialrichtung (A) verlaufenden Flächenaußenkanten (17) der Bürstenkontaktfläche (12) erstecken.
4. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bürstenkontaktfläche (12) im Bereich der oder jeder radial erhabenen Einlaufrippe (15) einen sich zur Flächenmitte (12c) der Bürstenkon- taktfläche (12) hin keilförmig verjüngenden einlaufseitigen und auslaufseiti- gen Spalt (13, 14) aufweist.
5. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die radial erhabenen Einlaufrippen (15) außermittig zu den in Axialrichtung (A) zur Motorachse einander gegenüberliegenden Flächenaußenkanten (16) der Bürstenkontaktfläche (12) hin versetzt angeordnet sind.
6. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bürstenkontaktfläche (12) in Axialrichtung (A) beidseitig der oder jeder radial erhabenen Einlaufrippe (15) einen Kontaktbereich (12b) aufweist, dessen jeweiliger Krümmungs- oder Einlaufradius kleiner als oder annähernd gleich dem Krümmungsradius (RK) der konvexen Kommutatoroberfläche (1 1 ) ist.
7. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die oder jede radial erhabene Einlaufrippe (15) derart bemessen ist, dass sich im Zuge eines Einschleifens oder Einlaufens der Bürste (3) der tragende Kontaktbereich der Bürstenkontaktfläche (12) mit der Kommutatoroberfläche (1 1 ) ausgehend von der Flächenmitte (12c) zu den axial verlaufenden Flächenaußenkanten (17) hin unter Reduzierung zumindest des einlaufseitigen Spaltes (13) fortschreitend vergrößert.
8. Bürste (3), insbesondere Kohlebürste, für einen Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer konkav gekrümmten Bürstenkontaktfläche (12) mit mindestens einer, insbesondere außermittigen, radial erhabenen Einlaufrippe (15).
9. Bürste (3) nach Anspruch 8, mit einer ersten und einer zweiten Rippenanordnung mit jeweils mindestens einer radial erhabenen Einlaufrippe (15), wobei sich die Rippenanordnungen zwischen einander gegenüberliegenden längsseitigen Flächenaußenkanten (17) der Bürstenkontaktfläche (12) erstrecken und zueinander beabstandet sind.
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