Titel

Bürstenanordnung in einer Kommutierungseinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Bürstenanordnung in einer Kommutierungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Stand der Technik Aus der DE 20 2007 013 137 U1 ist eine Bürstenanordnung bekannt, welche Bestandteil einer Kommutierungseinrichtung zur Stromübertragung und -wendung in einer elektrischen Maschine ist. Die Bürstenanordnung umfasst zwei ringförmige Platten und zwischen den Platten angeordnete Kohlebürsten, die in Bürs- tenhalterungen verschieblich in Richtung auf die Mantelfläche eines Kollektors geführt sind, der mit der Ankerwelle der elektrischen Maschine umläuft. Die Platten sind stromleitend ausgebildet, wobei die Stromübertragung zwischen einer der Platten und jeweils einer Bürste über eine Anschlusslitze erfolgt, die von der jeweiligen Platte ausgeht und durch die köcherförmige Bürstenhalterung geführt ist. Die Verbindung der Anschlusslitzen mit einer der Platten einerseits und der Bürste andererseits erfolgt üblicherweise durch Schweißen.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfach aufgebaute und mit reduziertem Montageaufwand herzustellende Bürstenanordnung in einer

Kommutierungseinrichtung einer elektrischen Maschine anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an. Die erfindungsgemäße Bürstenanordnung ist Teil einer Kommutierungseinrichtung in einer elektrischen Maschine, beispielsweise in einem Startermotor für eine Brennkraftmaschine. Über die Kommutierungseinrichtung wird Strom auf ein Ankerpaket übertragen, das drehfest mit der Motorwelle der elektrischen Maschi- ne umläuft. Zu der Kommutierungseinrichtung gehört neben der Bürstenanordnung auch ein mit der Motorwelle verbundener Kommutator bzw. Kollektor, an dessen Mantelfläche die Bürsten der Bürstenanordnung zur Stromübertragung anliegen.

Die Bürstenanordnung umfasst zwei Bürsten- bzw. Halteplatten, die zumindest annähernd parallel und auf Abstand zueinander angeordnet sind und zwischen denen die Bürsten angeordnet sind, die in Bezug auf den mit der Motorwelle umlaufenden Kollektor radial verschieblich zwischen den Platten gelagert sind. Jede Bürste ist in einer Halterung aufgenommen bzw. durch die Halterung abgestützt, wobei die Halterung elektrisch leitend ausgebildet ist und mit einer stromleitenden Halteplatte in elektrischem Kontakt steht. Grundsätzlich reicht es aus, dass nur eine der beiden Halteplatten stromleitend ausgeführt ist und somit Teil des Strom kreislaufs zu einer Bürste ist, wobei sowohl eine stromführende Halteplatte, die an den Pluspol angeschlossen ist, als auch eine neutrale Halteplatte, die auf Masse gelegt ist, in Betracht kommt. Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist aber vorgesehen, dass beide Halteplatten stromleitend ausgebildet sind, wobei eine Halteplatte als stromführende Platte an den Pluspol angeschlossen ist und die zweite Halteplatte auf Masse bzw. den Minuspol gelegt ist. Jede Bürste steht über die Halterung mit genau einer Halteplatte in elektrischem Kontakt, ist aber vorteilhafterweise an beiden Halteplatten gehalten bzw. abgestützt.

Zwischen den Halteplatten befindet sich mindestens ein Bürstenpaar, zweckmäßigerweise aber mehrere Bürstenpaare, beispielsweise zwei oder drei Bürstenpaare, wobei zu jedem Bürstenpaar eine mit dem Pluspol verbundene Bürste und eine auf Masse gelegte Bürste gehört. Die Bürsten eines Bürstenpaares sind üblicherweise diametral gegenüberliegend zueinander angeordnet.

Der Halterung für die Bürste kommt somit eine doppelte Funktion zu. Zum einen dient die Halterung zum Abstützen der Bürste zwischen den beiden Halteplatten, zum anderen erfolgt zumindest zu einem Teil der Bürsten der Bürstenanordnung der Stromfluss über die elektrisch leitende Halterung zu der jeweiligen stromlei- tenden, mit dem Plus- oder Minuspol verbundenen Halteplatte. Somit erübrigen sich Anschlusslitzen, welche im Stand der Technik zur Stromübertragung auf die Bürsten vorgesehen sind. Dies führt zu einer signifikanten konstruktiven Vereinfachung, außerdem entfallen Schweißvorgänge zum Verbinden der Litzen mit der Bürste bzw. dem stromführenden Bauteil.

Soweit beide Halteplatten stromleitend ausgebildet sind, können sämtliche Bürsten der Bürstenanordnung über elektrisch leitende Halterungen in elektrischem Kontakt zur jeweiligen Halteplatte stehen. In dieser Ausführung können die An- schlusslitzen zu den Bürsten vollständig entfallen.

Die stromleitende Halterung, welche die Bürste zwischen den Halteplatten abstützt, dient zweckmäßigerweise zur vollständigen Halterung und Sicherung der Bürste. Zugleich ermöglicht die Halterung der Bürste die Verschiebebewegung in Richtung auf die Mantelfläche des Kollektors. Des Weiteren ist es zweckmäßig, ein Federelement vorzusehen, welches die Bürste mit einer Federkraft in Richtung auf den Kollektor kraftbeaufschlagt. Auch das Federelement kann an der elektrisch leitenden Halterung aufgenommen sein. Gemäß einer alternativen Ausführung dient die stromleitende Halterung nur zur teilweisen Abstützung der Bürste, die darüber hinaus über ein weiteres Bauteil, welches elektrisch nicht leitend ausgeführt sein kann, zwischen den Halteplatten abgestützt und gesichert ist. Auch in dieser Ausführung erfolgt die Stromübertragung zur Bürste über die elektrisch leitende Halterung.

Es kann zweckmäßig sein, die Halterung bzw. ein Halteelement, welches Bestandteil der Halterung ist, einteilig mit der Halteplatte auszuführen. Dies erfolgt beispielsweise durch teilweises Ausstanzen eines Halteelements aus dem Material der Halteplatte und Umbiegen des Halteelements in der Weise, dass die Bürste in unmittelbarem Kontakt mit dem Halteelement steht und von diesem geführt bzw. abgestützt ist. Möglich ist aber auch eine Ausführung, in der mindestens ein Bauteil der Halterung, welches elektrisch leitend ausgebildet ist und unmittelbar in Kontakt mit der Bürste sowie mit der Halteplatte steht, als separates Bauteil ausgeführt ist, das durch geeignete Befestigungsmaßnahmen wie zum Beispiel Klemmen an der Halteplatte fixiert ist. Auf Seiten der Bürste kann das

Halteelement sowohl in der einteiligen Ausbildung mit der Halteplatte als auch in der Ausführung als eigenständiges Bauteil in Form eines Bügels ausgebildet sein, in welchem die Bürste verschieblich aufgenommen ist. Der Bügel umklammert die Bürste und stützt diese an mehreren Seiten ab, zweckmäßigerweise an zwei oder drei Seiten, gegebenenfalls an allen vier Umfangsseiten. Der Haltebü- gel ist zweckmäßigerweise stromleitend ausgebildet.

Die Halterung kann auch einen Stützarm umfassen, welcher vorteilhafterweise ebenfalls stromleitend ausgebildet ist und die Bürste an einer Stirnseite abstützt. An dieser Position befindet sich in bevorzugter Ausführung auch das Federele- ment, beispielsweise eine Schraubenfeder, das zwischen dem Stützarm und der zugewandten Stirnseite der Bürste angeordnet ist und die Bürste mit einer Federkraft in Richtung auf den Kollektor kraftbeaufschlagt.

Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, dass die Halterung ein Führungs- und Stützelement umfasst, welches insbesondere stromleitend ausgebildet ist und die

Bürste an ihrer seitlichen Mantelfläche abstützt. In Kombination mit einem Haltebügel, der die Bürste an drei Seiten umfasst, kann das Führungs- und Stützelement die Bürste an der vierten Seite abstützen, so dass die Bürste eine allseitige Führung erfährt.

Grundsätzlich genügt es, wenn eines der Haltelemente der Halterung, das unmittelbar auf Kontakt zur Mantelfläche der Bürste steht, elektrisch leitend ausgebildet ist und mit der zugehörigen Halteplatte in Kontakt steht. Es kann aber auch zweckmäßig sein, insbesondere in der einteiligen Ausführung mit der Halteplatte, sämtliche Halteelemente, die an der Bürste direkt oder indirekt angreifen, elektrisch leitend auszubilden.

Sofern beide Halteplatten zur Stromführung herangezogen werden, ist es zweckmäßig, zwischen einer Bürste und der Halteplatte, mit der die Bürste nicht in elektrischem Kontakt steht, ein Isolationselement anzuordnen, um sicherzustellen, dass die Bürste zu dieser Halteplatte nicht versehentlich in elektrischen Kontakt gelangt. Das Isolationselement dient außerdem zur Abstützung der Bürste gegenüber der nicht in Kontakt stehenden Halteplatte. Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, zwischen den beiden Halteplatten elektrisch isolierende Abstandshalter anzuordnen, die die beiden Halteplatten auf ei- nen gewünschten Sollabstand zueinander halten und für eine zusätzliche Stabilität sorgen.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht eine Kommutierungseinrichtung in einer elektrischen Maschine, mit einer Bürstenanordnung, welche zwischen zwei elektrisch leitenden Halteplatten insgesamt sechs Bürsten aufweist, die in Halterungen aufgenommen sind, welche mit den Halteplatten in elektrischem Kontakt stehen,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Bürstenanordnung im Bereich eines elektrisch isolierenden Abstandshalters zwischen den beiden Halteplatten,

Fig. 3 in perspektivischer Darstellung eine Bürste zwischen den Halteplatten, die in einem einteilig mit einer Halteplatte ausgebildeten Bügel verschieblich aufgenommen ist.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist eine Kommutierungseinrichtung 1 in einer elektrischen Maschine dargestellt, beispielsweise in einem elektrischen Startermotor für eine Brennkraftmaschine, wobei über die Kommutierungseinrichtung 1 Strom auf einen Anker, der mit der Motorwelle umläuft, übertragen wird. Die Kommutierungseinrichtung 1 umfasst eine Bürstenanordnung 2 mit einer Mehrzahl von über den Umfang verteilten Bürsten 3 in jeweils einer Halterung 4 sowie einen Kollektor 5, der mit der Anker- bzw. Motorwelle der elektrischen Maschine umläuft. Die Bürsten 3 sind in den Halterungen 4 verschieblich gelagert und sind von Federelementen 6 radial in Richtung auf die Mantelfläche des zylindrischen Kollektors 5 kraftbeaufschlagt.

Die Bürstenanordnung 2 umfasst des Weiteren zwei Bürsten- bzw. Halteplatten 7 und 8, die ringförmig ausgebildet und parallel zueinander angeordnet sind. Die Bürsten 3 befinden sich im Zwischenraum zwischen den beiden Halteplatten 7, 8, welche über Abstandshalter 9, die als isolierende Kunststoffhülsen ausgebildet sind, zueinander auf Abstand gehalten und lagefixiert sind. Die beiden Halteplatten 7 und 8 sind jeweils stromleitend ausgebildet, beispielsweise dadurch, dass die Halteplatten als Metallplatten ausgeführt sind. Die erste Halteplatte 7 steht mit dem Pluspol in Verbindung, die zweite Halteplatte 8 ist elektrisch auf Masse gelegt.

Die Stromführung zu den Bürsten 3 erfolgt über die Halteplatten 7 und 8 auf die jeweilige, jeder Bürste zugeordnete Halterung 4, die elektrisch leitend ausgebildet ist. Im Ausführungsbeispiel sind die Halterungen 4 einteilig mit der jeweiligen Halteplatte 7 bzw. 8 ausgeführt. Dies erfolgt durch teilweises Ausstanzen und Umbiegen, wodurch ein Haltebügel 10, ein Stützarm 11 sowie ein Führungs- und Stützelement 12 gebildet sind, die gemeinsam die Halteelemente der Halterung 4 bilden. Der Haltebügel 10 umklammert die Bürste 3 an zumindest zwei, vorzugsweise an drei Umfangsseiten und erlaubt zugleich die Verschiebung der Bürste 3 in Richtung auf den Kollektor. Der Stützarm 11 befindet sich an der dem Kollektor abgewandten Stirnseite der Bürste 3, wobei sich zwischen dem Stützarm 11 und der zugewandten Stirnseite der Bürste 3 das Federelement 6 zur Kraftbeaufschlagung der Bürste befindet. Das Führungs- und Stützelement 12 liegt an einer weiteren Seitenfläche der Bürste an, so dass gemeinsam mit dem Haltebügel 10 und einem Abschnitt der Halteplatte 7 bzw. 8 die Bürste 3 an allen Umfangsseiten eine Abstützung erfährt. Zugleich ist die Bürste 3 von dem Führungs- und Stützelement 12 mit einer federnden Kraft beaufschlagt, die zum einen zur Stabilisierung der Bürste und zum andern zur Eliminierung von Spiel beiträgt.

Wie der Schnittdarstellung gemäß Fig. 2 zu entnehmen, ist der Abstandshalter 9 zwischen den beiden Halteplatten 7 und 8 hülsenförmig ausgebildet. Die Verbindung zu jeder Halteplatte 7 bzw. 8 erfolgt durch Einknöpfen der Stirnseite des Abstandshalters 9 in jeweils eine Ausnehmung in jeder Halteplatte 7 bzw. 8.

Wie Fig. 3 zu entnehmen, ist die Bürste 3 zu derjenigen Halteplatte, zu der kein elektrischer Kontakt besteht, über ein Isolationselement 13 separiert, das sich unmittelbar an der Innenseite der Halteplatte - im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 die Halteplatte 7 - befindet und die zugewandte Seitenfläche der Bürste 3 abstützt. Das Isolationselement 13 hat somit die Aufgabe, zum einen für eine elektrische Isolierung zwischen der Bürste 3 und der nicht auf Kontakt liegenden Halteplatte zu sorgen und zum andern für eine Abstützung an eben dieser Halteplatte.

Sämtliche Halteelemente einer Halterung 4 sind an der gleichen Halteplatte 7 oder 8 angeordnet, um zu der betreffenden Halteplatte einen elektrischen Kontakt herzustellen.