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Title:
BRUSH DEVICE FOR AN ELECTRIC MACHINE AND PRODUCTION METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/036129
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a brush device (1) for an electric machine, particularly for a starter of an internal combustion engine, having a brush holder (2) having a brush (3) comprising an integrated cord (6) contained therein, having a spring (4) by means of which the brush (3) can be pretensioned against a commutator (5). In order to achieve long service life, the cord (6) integrated in the brush (3) is implemented having a flat profile cross section with respect to a length of the brush (3), comprising the wear length of the brush (3).

Inventors:
BAYER MICHAEL (DE)
Application Number:
EP2010/063837
Publication Date:
March 31, 2011
Filing Date:
September 21, 2010
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
BAYER MICHAEL (DE)
International Classes:
H01R39/36
Foreign References:
US5168620A1992-12-08
DE29610353U11996-08-22
Attorney, Agent or Firm:
ROBERT BOSCH GMBH (DE)
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Claims:
Ansprüche

1 . Bürstenvorrichtung (1 ) für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Starter einer Brennkraftmaschine, mit einer Bürstenfassung (2), mit einer darin untergebrachten Bürste (3) mit integrierter Litze (6), mit einer Feder (4), mit der die Bürste (3) gegen einen Kommutator (5) vorspannbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Bürste (3) integrierte Litze (6) mit einem flachen Profilquerschnitt bezüglich einer Länge der Bürste (3) ausgebildet ist, die die Verschleißlänge (VL ) der Bürste (3) umfasst.

2. Bürstenvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Länge (L) zu Breite (B) vom flachen Profilquerschnitt der Litze (6) möglichst groß, insbesondere größer als 2:1 , besonders bevorzugt größer als 3:1 , ist.

3. Bürstenvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Litze (6) im Profilquerschnitt eckig ausgebildet ist.

4. Bürstenvorrichtung (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Litze (6) im Profilquerschnitt rechteckig, insbesondere mit abgerundeten Ecken ausgebildet ist..

5. Bürstenvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Litze (6) im Profilquerschnitt oval ausgebildet ist.

6. Bürstenvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Litze (6) möglichst zentriert zu mindestens einer Feder in der Bürste ausgebildet ist.

7. Bürstenvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Litze (6) mit einem vergrößerten, insbesondere auf- gesplitteten, Profilquerschnitt ausgebildet ist.

8. Elektrische Maschine, insbesondere Starter für eine Brennkraftmaschine, mit einem Kommutator (4) und einer Bürstenvorrichtung (2), wobei auf dem Kommutator (4) Bürsten (3) mit mindestens einem Bürstenpaar zueinander versetzt laufbar angeordnet sind, wobei jede Bürste (3) in einer Bürstenfassung (5) untergebracht ist und in jeder Bürste (3) eine Litze (6) als elektrische Leitung integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Litze (6) im Profilquerschnitt flach in der Bürstenvorrichtung (1 ), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ausgebildet ist.

9. Herstellungsverfahren einer Bürstenvorrichtung (1 ) für eine elektrische Maschine, wobei mindestens eine Litze (6) für eine elektrische Leitung in die Bürste (3) verpresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Litze (6) mit flachem Querschnitt in der Bürste (3) für eine Bürstenvorrichtung (1 ) auf- gesplittet verpresst wird.

Description:
Beschreibung

Titel

Bürstenvorrichtung für eine elektrische Maschine und Herstellungsverfahren Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bürstenvorrichtung für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Starter einer Brennkraftmaschine, mit einer Bürstenfassung, mit einer darin untergebrachten Bürste mit integrierter Litze, mit einer Feder, mit der die Bürste gegen einen Kommutator vorspannbar ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine elektrische Maschine, insbesondere einen Starter für eine Brennkraftmaschine, mit einem Kommutator und einer Bürstenvorrichtung, wobei auf dem Kommutator Bürsten mit mindestens einem Bürstenpaar zueinander versetzt laufbar angeordnet sind, wobei jede Bürste in einer Bürsten- fassung untergebracht ist und in jeder Bürste eine Litze als elektrische Leitung integriert ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Herstellungsverfahren einer Bürstenvorrichtung für eine elektrische Maschine, wobei mindestens eine Litze für eine elektrische Leitung in die Bürste verpresst wird. Zum Starten von einem Verbrennungsmotor sind mechanisch kommutierte

Gleichstrommotoren im Wesentlichen im Einsatz. Der Strom wird über ein oder mehrere Bürstenpaare über den Kommutator in die Ankerwicklung geleitet. Die Bürsten sind aus einem Sinterwerkstoff hergestellt, der Kupfer- und Graphitanteile umfasst. Die Kohlebürsten sowie der Kommutator der eingesetzten elektri- sehen Maschine unterliegen beim Start der Brennkraftmaschine einem Verschleiß und sind für einen kurzzeitigen Betrieb mit normalerweise circa 30.- 60.000 Schaltzyklen ausgelegt.

Gegenwärtig gibt es Bestrebungen, einen Start-Stopp-Betrieb in Fahrzeugen zu integrieren. Somit wird der Starter für höhere Lasten und für längere Laufzeiten benötigt. Es ist Aufgabe der Erfindung eine Bürstenvorrichtung, eine elektrische Maschine und ein Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine hohe Lebensdauer bei erhöhter Belastung mit längerer Laufzeit von der elektrischen Maschine erzielt wird.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 , 7 und 8 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Es ist ein Gedanke der Erfindung die Bürste, die aufgrund eines herkömmlich vorgegebenen Baurraums durch eine Bürstenfassung festgelegt ist, in ihrer Verschleißlänge zu vergrößern, wobei die Funktionalität, das heißt Integration einer Litze in der Bürste für die elektrische Leitung beibehalten werden soll. Es ist somit ein Gedanke der Erfindung die räumlichen Begrenzungen maximal auszunützen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die in der Bürstenlitze integrierte Litze mit einem flachen Profilquerschnitt bezüglich einer Länge der Bürste ausgebildet ist, die Verschleißlänge der Bürste umfasst. Dadurch dass der Profilquerschnitt der Litze sich bezüglich der Verschleißlänge verkleinert, wird um diesen verkürzten Querschnitt die Verschleißlänge erhöht, was eine zusätzliche Lebensdauer beispielsweise von über 10 % bedeuten kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform um möglichst effizient den vorhanden Baurraum zu nutzen und die Verschleißlänge auf ein Maximalmaß zu vergrößern sowie gleichzeitig die Funktion der Litze beizubehalten, ist das Verhältnis von Länge zu Breite vom flachen Profilquerschnitt der Litze möglichst groß. Bevorzugte Verhältnisse sind mindestens 2:1 , weiter bevorzugt größer als 3:1 bis 10:1 oder noch größere Verhältnisse.

Um den vorhandenen Bauraum funktional sowohl für die Litze als auch für die Bürste effizient auszunützen, ist der Profilquerschnitt vorzugsweise eckig ausgebildet. Mit einem eckigen Profilquerschnitt schafft man sowohl eine große Verschleißlänge an der Bürste als auch einen effizienten, großen Profilquerschnitt zum Transport einer höheren elektrischen Leistung sowie Wärme über die Litze.

Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform ist bevorzugt der Profilquerschnitt rechteckig ausgebildet. Ein rechteckiges Profil ist kostengünstig und leicht herstellbar und schafft eine maximale Raumausnutzung. Es ist genauso auch denkbar ein Sechseck oder ein anderes polygonales Vieleck als Profilquerschnitt einzusetzen.

Es versteht sich, dass herstellungsbedingt oder zur Vereinfachung der Herstellung die Ecken vom Profilquerschnitt nicht scharfkantig ausgebildet sein müssen, sondern auch abgerundet sein können.

Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist die Litze im Profilquerschnitt oval ausgebildet. Ein ovaler Profilquerschnitt hat den Vorteil, dass die Herstellung der Litze einfach und kostengünstig ist sowie im Betrieb der Werkstoff gleichmäßiger belastet wird.

Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Litze möglichst zentriert bezüglich zumindest einer Feder in der Bürste ausgebildet. Eine Zentrierung der Litze hat den Vorteil, dass die Bürste und die Litze im Betrieb gleichmäßig einer elektrischen Belastung ausgesetzt werden können und es nicht zu einer Überbeanspruchung und somit einem erhöhten Verschleiß beispielsweise aufgrund Erhitzung von Randbereichen kommt.

Um eine höhere Belastung und eine längere Laufzeit mit höheren Schaltzyklen und höheren Strömen mit einer möglichst langen Laufzeit zu erzielen, ist die Litze mit einem vergrößerten, insbesondere aufgesplitteten, Profilquerschnitt ausgebildet. Erfindungsgemäß ist somit der Profilquerschnitt gegenüber herkömmlichen Litzen vergrößert. Damit wird die Leistung besser erhöht. Außerdem verbessert sich die Wärmeabfuhr der Bürsten über Litzen mit größerem Profilquerschnitt.

Die Aufgabe wird auch bei einer elektrischen Maschine dadurch gelöst, dass die Litze im Profilquerschnitt flach ausgebildet ist. Die elektrische Maschine weist somit eine längere Lebensdauer auf, weil die Verschleißlänge der Bürsten aufgrund von flachen Litzen vergrößert ist. Vorzugsweise ist die Litze in der Bürstenvorrichtung mit oben beschriebenen Merkmalen ausgebildet.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Herstellungsverfahren einer Bürstenvorrichtung dadurch gelöst, dass die Litze mit einem flachen Querschnitt in der Bürste für eine oben beschriebene Bürstenvorrichtung aufgesplittet verpresst wird. Die Aufsplittung der Litze in der Bürste hat den Vorteil, dass die Litze, die aus feinmaschigen geflochtenen Drähten hergestellt ist, einen besseren Halt während der Lebensdauer in der Bürste erhält.

Eine aufgesplittete, flach ausgebildete Litze hat den Vorteil, dass der Querschnitt vergrößert ist und somit die Wärmeabfuhr verbessert ist. Durch eine verbesserte Wärmeabfuhr sinkt der Widerstand an der Kohlebürste, so dass die elektrische Maschine effizienter mit einer höheren Leistung und längeren Laufzeiten betrieben werden kann.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 a) - c) jeweils eine Bürstenfassung mit einer durch eine Feder vorgespannten Bürste mit integrierter Litze.

Ausführungsformen der Erfindung

Die Fig. 1 a), b), c) zeigen jeweils eine Bürstenvorrichtung 1 mit einer Bürstenfassung 2, in der eine Bürste 3 untergebracht ist. Die Bürste 3 wird von einer Feder 4 gegen einen Kommutator 5 in einer nicht dargestellten elektrischen Maschine vorgespannt. In der Bürste 3 ist zentriert zur Feder 4 eine Litze 6 mit einem runden Profilquerschnitt integriert. Die Litze 6 ist in der Bürste 3 verpresst.

Die Litze 6 hat einen Profilquerschnitt von beispielsweise 2,5 mm 2 . Der Profilquerschnitt ist durch eine Aufsplittung zu eine Profil 63 vergrößert. Die herkömm- liehe Verschleißlänge V La der Bürste 3 erstreckt sich somit von einer Kontaktfläche 35 der Bürste 3, die mit einer Oberfläche 53 vom Kommutator 5 sich berührt, bis zu einem unteren Punkt vom Profilquerschnitt der Litze 6. Die Verschleißgrenze V a ist durch eine gepunktete Linie eingezeichnet.

Die Fig. 1 b) zeigt die Bürstenfassung entsprechend der Fig. 1 a) mit dem Unterschied, dass die Litze 6 einen vergrößerten Profilquerschnitt von beispielsweise 4 m 2 aufweist. Der Profilquerschnitt ist vergrößert, um höhere Lasten für längere Laufzeiten mit höheren Schaltzyklen bei der elektrischen Maschine mit einer ver- besserten Wärmeabfuhr von den Büsten 3 zu ermöglichen. Der Nachteil ist, dass sich die Verschleißlänge V Lb wie in der Fig. 1 b) gezeigt verkleinert. Die Verschleißgrenze V b ist somit im Neuzustand näher an der Oberfläche 53 vom Kommutator 5.

Die Fig. 1 c) zeigt eine erfindungsgemäße Bürstenvorrichtung 1 mit einer flach ausgebildeten Bürstenlitze 3. Die Bürstenlitze 3 ist bevorzugt mit einem rechteckigen Profilquerschnitt ausgebildet. Bevorzugt ist das Verhältnis der Länge L zur Breite B der Litze 6 möglichst groß, bevorzugt mindestens 3:1 . Die Litze 6 hat wie in der Fig. 1 b) ein Profilquerschnitt von circa 4 mm 2 und hat zusätzlich den Vorteil, dass die Verschleißlänge V L größer ist als in der Fig. 1 a) und 1 b). Diese zusätzliche Verschleißlänge V Lc schafft eine Lebensdauererhöhung der Bürstenvorrichtung 1 . Je nach Größe der zusätzlichen Verschleißlänge kann die Lebensdauererhöhung um mehr als 10 % erzielt werden. Die flach ausgebildete Litze 6 ist mittig zu der Feder 4 angeordnet. Die Litze 6 ist in einem Abstand zum Rand der Bürste 3 integriert zusammengepresst, damit die Litze 6 stabil in der Bürste 3 sitzt. Dabei ist die Bürste aus Kupfer und Graphitanteilen gesintert.

Die Verschleißlänge V Lc der Bürste 3, die sich aus dem Abstand von der Kontaktfläche 35 der Bürste 3 zur Oberfläche 53 vom Kommutator 5 bis zum Ende der reinen Bürste 3 in radialer Richtung bis zur Verschleißgrenze V c ergibt, ist die Lebensdauer vorteilhafterweise erhöht, wobei gleichzeitig die Bürstenvorrichtung 1 in der elektrischen Maschine, insbesondere bei einem Starter für eine Brennkraftmaschine für höhere Lasten mit längeren Laufzeiten einsetzbar ist. Zur Verbesserung der Leistung und der Wärmeabfuhr ist die Litze 6 wie in Fig. 1 c) gezeigt sowohl in der Länge L als auch in der Breite B in einem besonderen Herstellungsverfahren zu einem vergrößerten Profil 63 aufgesplittet und danach in der Bürste 3 integriert und aufgesplittet verpresst. Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerische Darstellungen für die Erfindung als Wesentlich verwiesen.