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Patent Searching and Data


Title:
BRUSH FOR AN ELECTRIC MACHINE, IN PARTICULAR OF A MOTOR VEHICLE, AND METHOD FOR DETERMINING WEAR OF SUCH A BRUSH
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/219642
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a brush (10) for an electric machine, comprising at least one brush body (2) which has an electrical resistance, is designed for electrical contacting of at least one component moving relative to the brush body (2) during operation of the electric machine, and during the operation of the electric machine wears in a wear direction (3) as a result of frictional contact with the component, and comprising a detection device (4) for determining the wear of the brush body (2). The detection device (4) has a plurality of detection zones (11, 12, 13) spaced apart from one another in the wear direction (3), the electrical resistance of each of said zones differing from the electrical resistance of the brush body (2).

Inventors:
LÄMMERMANN, Markus (Blausternweg 21a, München, 80995, DE)
WAGNER, Robert (Schneeglöckchenstr. 11, München, 80995, DE)
Application Number:
EP2018/062651
Publication Date:
December 06, 2018
Filing Date:
May 16, 2018
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT (Petuelring 130, München, 80809, DE)
International Classes:
H01R39/58
Domestic Patent References:
WO2017001800A12017-01-05
WO1999004460A11999-01-28
Foreign References:
DE102010031415A12012-01-19
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Claims:
Patentansprüche

1 . Bürste (10) für eine elektrische Maschine, mit wenigstens einem einen elektrischen Widerstand aufweisenden Bürstenkörper (2), welcher zum elektrischen

Kontaktieren wenigstens eines sich während eines Betriebs der elektrischen Maschine relativ zu dem Bürstenkörper (2) bewegenden Bauelements ausgebildet ist und während des Betriebs der elektrischen Maschine entlang einer

Verschleißrichtung (3) infolge eines Reibkontakts mit dem Bauelement verschleißt, und mit einer Erfassungseinrichtung (4) zum Ermitteln des Verschleißes des Bürstenkörpers (2),

dadurch gekennzeichnet, dass

die Erfassungseinrichtung (4) eine Mehrzahl von entlang der Verschleißrichtung (3) voneinander beabstandeten Erfassungsbereichen (1 1 , 12, 13) aufweist, deren jeweiliger elektrischer Widerstand sich von dem elektrischen Widerstand des Bürstenkörpers (2) unterscheidet.

2. Bürste (10) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Erfassungsbereiche (1 1 , 12, 13) in den Bürstenkörper (2) eingebettet sind.

3. Bürste (10) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Bürstenkörper (2) aus einem Werkstoff gebildet ist, wobei entlang der

Verschleißrichtung (3) zwischen den jeweiligen Erfassungsbereichen (1 1 , 12, 13) ein aus dem Werkstoff gebildeter Körperbereich (14, 15) des Bürstenkörpers (2) angeordnet ist.

4. Bürste (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

mindestens drei Erfassungsbereiche (1 1 , 12, 13) vorgesehen sind, welche paarweise den gleichen, entlang der Verschleißrichtung (3) verlaufenden Abstand zueinander aufweisen.

5. Bürste (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Bürstenkörper (2) aus einem ersten Werkstoff gebildet ist, wobei der jeweilige Erfassungsbereich (1 1 , 12, 13) aus einem von dem ersten Werkstoff

unterschiedlichen zweiten Werkstoff gebildet ist.

6. Bürste (10) nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Werkstoff, insbesondere zumindest überwiegend, Graphit umfasst.

7. Bürste (10) nach Anspruch 5 oder 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

der zweite Werkstoff, insbesondere zumindest überwiegend, ein metallisches Material umfasst.

8. Bürste (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Erfassungsbereiche (1 1 , 12, 13) und der Bürstenkörper (2) hinsichtlich ihrer elektrischen Widerstände in Reihe geschaltet sind.

9. Bürste (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Erfassungseinrichtung (4) eine Auswerteeinheit (9) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, einen durch die elektrischen Widerstände der Erfassungsbereiche (1 1 , 12, 13) und des Bürstenkörpers (2) gebildeten elektrischen Gesamtwiderstand zu erfassen.

10. Verfahren zum Ermitteln eines Verschleißes einer Bürste (10) für eine elektrische Maschine, bei welchem die Bürste (10) wenigstens einen einen elektrischen Widerstand aufweisenden Bürstenkörper (2), welcher wenigstens ein sich während eines Betriebs der elektrischen Maschine relativ zu dem Bürstenkörper (2) bewegendes Bauelement elektrisch kontaktiert und während des Betriebs der elektrischen Maschine entlang einer Verschleißrichtung (3) infolge eines

Reibkontakts mit dem Bauelement verschleißt, und eine Erfassungseinrichtung (4) aufweist, mittels welcher der Verschleiß des Bürstenkörpers (2) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (4) eine Mehrzahl von entlang der Verschleißrichtung (3) voneinander beabstandeten Erfassungsbereichen (1 1 , 12, 13) aufweist, deren jeweiliger elektrischer Widerstand sich von dem elektrischen Widerstand des Bürstenkörpers (2) unterscheidet, wobei der Verschleiß des Bürstenkörpers (2) mittels der Erfassungsbereiche (1 1 , 12, 13) ermittelt wird.

Description:
Bürste für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie Verfahren zum Ermitteln eines Verschleißes einer solchen Bürste

Die Erfindung betrifft eine Bürste für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Ermitteln eines Verschleißes einer solchen Bürste gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.

Eine solche Bürste für eine elektrische Maschine und ein solches Verfahren zum Ermitteln eines Verschleißes einer solchen Bürste für eine elektrische Maschine sind beispielsweise bereits aus der DE 10 2010 031 415 A1 bekannt. Die beispielsweise als Kohlebürste ausgebildete Bürste umfasst dabei einen Bürstenkörper, welcher einen elektrischen Widerstand aufweist. Der Bürstenkörper ist zum elektrischen Kontaktieren wenigstens eines Bauelements der elektrischen Maschine ausgebildet, wobei sich das Bauelement während eines Betriebs der elektrischen Maschine relativ zu dem

Bürstenkörper bewegt, insbesondere dreht. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, über den Bürstenkörper von einem zweiten Bauelement bereitgestellte elektrische Energie auf das erste Bauelement zu übertragen, welches sich während des Betriebs der elektrischen Maschine relativ zu dem Bürstenkörper und relativ zu dem zweiten Bauelement bewegt, insbesondere dreht. Dabei ist das erste Bauelement

beispielsweise ein Kommutator oder ein Schleifring der elektrischen Maschine.

Um über den Bürstenkörper die elektrische Energie von dem zweiten Bauelement auf das erste Bauelement zu übertragen, kontaktiert der Bürstenkörper das sich relativ zu dem Bürstenkörper bewegende Bauelement, sodass es während des Betriebs der elektrischen Maschine dadurch, dass sich das erste Bauelement relativ zu dem Bürstenkörper bewegt und dadurch, dass der Bürstenkörper das erste Bauelement berührt beziehungsweise kontaktiert, zu einem Reibkontakt des Bürstenkörpers mit dem ersten Bauelement kommt. Infolge dieses Reibkontakts verschleißt der

Bürstenkörper während des Betrieb der elektrischen Maschine entlang einer Verschleißrichtung, sodass beispielsweise infolge des genannten Verschleißes eine entlang der Verschleißrichtung verlaufende Länge des Bürstenkörpers abnimmt, das heißt geringer wird.

Dabei ist eine Erfassungseinrichtung vorgesehen, mittels welcher der Verschleiß des Bürstenkörpers ermittelt werden kann. Mit anderen Worten ist es im Rahmen des genannten Verfahrens vorgesehen, dass mittels der Erfassungseinrichtung der Verschleiß des Bürstenkörpers ermittelt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bürste und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart zu entwickeln, sodass eine besonders vorteilhafte

Verschleißerkennung realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Bürste mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen

Ansprüche.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Bürste für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die beispielsweise als Kohlebürste ausgebildete Bürste umfasst wenigstens einen Bürstenkörper, welcher einen elektrischen

Widerstand aufweist. Der Bürstenkörper ist zum elektrischen Kontaktieren während wenigstens eines sich während eines Betriebs der elektrischen Maschine relativ zu dem Bürstenkörper bewegenden Bauelements, insbesondere der elektrischen

Maschine, ausgebildet. Mit anderen Worten, in vollständig hergestelltem Zustand der elektrischen Maschine kontaktiert beziehungsweise berührt der Bürstenkörper das Bauelement, wodurch der Bürstenkörper das Bauelement elektrisch kontaktiert.

Während des genannten Betriebs der elektrischen Maschine bewegt, insbesondere dreht, sich das Bauelement relativ zu dem Bürstenkörper. Da der Bürstenkörper das Bauelement berührt beziehungsweise kontaktiert, während sich das Bauelement relativ zu dem Bürstenkörper bewegt, insbesondere dreht, kommt es zu einem Reibkontakt des Bürstenkörpers mit dem Bauelement. Mit anderen Worten reibt das Bauelement an dem Bürstenkörper. Durch diesen Reibkontakt zwischen dem Bürstenkörper und dem Bauelement kann über den Bürstenkörper und somit über die Bürste elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom von wenigstens einem zweiten

Bauelement der elektrischen Maschine an das erste Bauelement übertragen werden, insbesondere während sich das erste Bauelement relativ zu dem zweiten Bauelement und relativ zu dem Bürstenkörper bewegt, insbesondere dreht. Unter dem Reibkontakt zwischen dem Bürstenkörper und dem ersten Bauelement ist insbesondere zu verstehen, dass es zu einer Reibung zwischen dem Bürstenkörper und dem ersten Bauelement kommt, wenn sich das erste Bauelement während des Betrieb der elektrischen Maschine relativ zu dem Bürstenkörper bewegt und dabei den Bürstenkörper berührt. In der Folge kommt es zu einem durch die genannte Reibung beziehungsweise durch den genannten Reibkontakt bewirkten Verschleiß des

Bürstenkörpers, welcher somit während des Betriebs der elektrischen Maschine entlang einer Verschleißrichtung infolge des Reibkontakts mit dem Bauelement verschleißt. Die Bürste umfasst dabei eine Erfassungseinrichtung, mittels welcher der Verschleiß des Bürstenkörpers ermittelt werden kann.

Um dabei den Verschleiß des Bürstenkörpers besonders vorteilhaft und insbesondere präzise ermitteln beziehungsweise erfassen zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Erfassungseinrichtung eine Mehrzahl von entlang der

Verschleißrichtung voneinander beabstandeten Erfassungsbereichen aufweist, deren jeweiliger elektrischer Widerstand sich von dem elektrischen Widerstand des

Bürstenkörpers unterscheidet. Kommt es beispielsweise zu einem solchen Verschleiß des Bürstenkörpers, dass nicht mehr der Bürstenkörper selbst, sondern der jeweilige Erfassungsbereich das erste Bauelement berührt, so kommt es beispielsweise zu einer Änderung eines elektrischen Widerstands der Bürste insgesamt. Diese Änderung des elektrischen Widerstands der Bürste insgesamt wird auch als Widerstandsänderung bezeichnet, die beispielsweise von der Erfassungseinrichtung, insbesondere durch eine Spannungsmessung, detektiert werden kann.

Da nun die mehreren, entlang der Verschleißrichtung voneinander beabstandeten Erfassungsbereiche vorgesehen sind, bedeutet beispielsweise jede

Widerstandsänderung, dass eine entlang der Verschleißrichtung verlaufende Länge des Bürstenkörpers um eine gewisse Länge abgenommen hat, wobei diese gewisse Länge einem jeweiligen, entlang der Verschleißrichtung verlaufenden Abstand zwischen den jeweiligen Erfassungsbereichen entspricht. Somit ist es bei der erfindungsgemäßen Bürste möglich, den Verschleiß und somit die entlang der

Verschleißrichtung verlaufende Länge der Bürste beziehungsweise des Bürstenkörpers besonders präzise zu ermitteln, sodass eine besonders präzise und insbesondere rechtzeitige Verschleißerkennung und Verschleißprognose möglich sind. Insbesondere ist es möglich, eine zeitliche Änderung der Länge des Bürstenkörpers und somit eine zeitliche Änderung des Verschleißes sowie eine Geschwindigkeit, mit der die Länge des Bürstenkörpers abnimmt beziehungsweise mit welcher der Bürstenkörper verschleißt, zu ermitteln, sodass beispielsweise eine Verschleißprognose darstellbar ist. Im Rahmen der Verschleißprognose kann beispielsweise vorausschauend ein zukünftiger Zeitpunkt ermittelt werden, zu welchem die Bürste einen solchen

Verschleißzustand aufweist, der beispielsweise einen Austausch der Bürste erfordert. In der Folge ist es beispielsweise möglich, einen Nutzer der elektrischen Maschine rechtzeitig beziehungsweise frühzeitig über eine notwendige Wartung

beziehungsweise Reparatur der elektrischen Maschine zu informieren, sodass beispielsweise ein Reparatur im Rahmen eines regulären Wartungsintervalls durchgeführt werden kann, insbesondere bevor ein übermäßiger Verschleiß der Bürste erreicht ist.

Der Erfindung liegt dabei insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass Bürsten wie beispielsweise Kohlebürsten von elektrischen Maschinen, insbesondere von fremderregten elektrischen Maschinen, verschleißbehaftete Bauteile sind. Bei herkömmlichen elektrischen Maschinen ist eine Verschleißerkennung, in deren Rahmen ein jeweiliger Verschleiß der Kohlebürsten ermittelt wird, nicht möglich und nicht vorgesehen. Das Erreichen einer Verschleißgrenze der jeweiligen Bürste wird erst durch Ausfall der beispielsweise als Elektromotor ausgebildeten elektrischen Maschine erkannt. Dies bedeutet, dass es zu Ausfällen der beispielsweise als

Elektromotor und/oder als Generator betreibbaren elektrischen Maschine kommen kann, und eine Sicherheitslast auf dem Generator für ein sicheres Energiebordnetz ist nicht möglich. Diese Probleme und Nachteile können nun vermieden werden, sodass insbesondere eine Sicherheitslast auf dem Generator für ein sicheres Energiebordnetz darstellbar ist.

Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Erfassungsbereiche in den Bürstenkörper eingebettet sind. Hierdurch kann der Verschleiß des Bürstenkörpers und somit der Bürste insgesamt auf bauraum- und kostengünstige Weise erfasst werden. Die Erfassungsbereiche sind somit eine Dotierung der beispielsweise als Kohlebürste ausgebildeten Bürste beziehungsweise des Bürstenkörpers, wobei es beispielsweise dann, wenn nicht mehr der Bürstenkörper selbst, sondern der jeweilige

Erfassungsbereich das erste Bauelement kontaktiert, zu einer Änderung des elektrischen Widerstands der Bürste insgesamt kommt. Hierbei kann ausgenutzt werden, dass in elektrischen Maschinen, insbesondere in fremderregten elektrischen Maschinen, bereits eine Spannungsmessung integriert sein kann, welche zum

Erkennen der Widerstandsänderung auf einfache Weise genutzt werden kann. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn unterschiedliche Dotierungen vorgesehen sind. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Erfassungsbereiche voneinander unterschiedliche elektrische Widerstände aufweisen, wodurch eine besonders präzise Diagnose der Länge des Bürstenkörpers möglich ist. Kommt es beispielsweise dazu, dass ein erster der Erfassungsbereiche das erste Bauelement kontaktiert, so kommt es zu einer ersten Widerstandsänderung.

Kontaktiert daraufhin beispielsweise ein zweiter der Erfassungsbereiche das erste Bauelement, so kommt es zu einer von der ersten Widerstandsänderung

unterschiedlichen, zweiten Widerstandsänderung. Da sich diese

Widerstandsänderungen voneinander unterscheiden, kann anhand der

Widerstandsänderungen einfach erfasst werden, dass beispielsweise zunächst der erste Erfassungsbereich und danach der zweite Erfassungsbereich das erste

Bauelement kontaktiert, wodurch die Länge des Bürstenkörpers besonders präzise erfasst werden kann. In der Folge kann auf den Verschleiß des Bürstenkörpers rückgeschlossen werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Bürstenkörper aus einem Werkstoff gebildet, wobei entlang der Verschleißrichtung zwischen den jeweiligen Erfassungsbereichen ein jeweiliger, aus dem Werkstoff gebildeter Körperbereich des Bürstenkörpers angeordnet ist. Bei dem Werkstoff, aus welchem der Bürstenkörper gebildet ist, handelt es sich beispielsweise um Graphit, sodass die Bürste

beispielsweise als Kohlebürste ausgebildet ist. Dadurch, dass zwischen den

Erfassungsbereichen der Körperbereich angeordnet ist, kann ein Verschleiß des Bürstenkörpers bis zu dem jeweiligen Erfassungsbereich besonders präzise ermittelt werden. Der jeweilige Erfassungsbereich ist beispielsweise durch ein

Erfassungselement gebildet, wobei die Erfassungselemente beziehungsweise die Erfassungsbereiche beispielsweise über den dazwischen angeordneten Körperbereich miteinander verbunden sind.

Vorteilhafterweise sind mindestens drei Erfassungsbereiche vorgesehen, welche paarweise den gleichen, entlang der Verschleißrichtung verlaufenden Abstand zueinander aufweisen können. Hierdurch kann der Verschleiß, insbesondere die Geschwindigkeit des Verschleißes, des Bürstenkörpers besonders präzise ermittelt werden. Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Bürstenkörper aus dem genannten Werkstoff als erster Werkstoff gebildet ist, wobei der jeweilige

Erfassungsbereich aus einem von dem ersten Werkstoff unterschiedlichen zweiten Werkstoff gebildet ist. Hierdurch können sich die elektrischen Widerstände des Bürstenkörpers und des jeweiligen Erfassungsbereichs besonders deutlich

voneinander unterscheiden, sodass der Verschleiß besonders präzise erfasst werden kann.

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der erste Werkstoff, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, Graphit umfasst. Somit ist der Bürstenkörper als Graphit-Bürstenkörper ausgebildet, sodass die Bürste beispielsweise als Kohlebürste ausgebildet ist.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der zweite Werkstoff, insbesondere zumindest überwiegend, ein metallisches Material umfasst.

Um den Verschleiß des Bürstenkörpers besonders präzise erfassen zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Erfassungsbereiche und der Bürstenkörper hinsichtlich ihrer elektrischen Widerstände in Reihe geschaltet sind.

Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die

Erfassungseinrichtung eine Auswerteeinheit aufweist, welche dazu ausgebildet ist, einen durch die elektrischen Widerstände der Erfassungsbereiche und des

Bürstenkörpers gebildeten elektrischen Gesamtwiderstand zu erfassen. In einem Neuzustand, das heißt dann, wenn der Bürstenkörper noch nicht oder nur so leicht verschlissen ist, dass noch alle Erfassungsbereiche vorhanden sind, weist der Gesamtwiderstand beispielsweise einen ersten Wert auf. Mit zunehmendem

Verschleiß wird beispielsweise der zuvor genannte erste Erfassungsbereich verschlissen und dabei abgetragen, sodass dann die Bürste zumindest den ersten Erfassungsbereich nicht mehr aufweist. Dann weist der Gesamtwiderstand einen zweiten Wert auf, anhand dessen auf einfache und kostengünstige Weise ermittelt werden kann, dass der Bürstenkörper so stark verschlissen ist, dass der erste

Erfassungsbereich nicht mehr vorhanden ist, der zweite Erfassungsbereich jedoch noch existiert. Dadurch kann besonders präzise auf einen Verschleißzustand des Bürstenkörpers und somit der Bürste insgesamt rückgeschlossen werden. Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines

Verschleißes einer Bürste für eine elektrische Maschine, insbesondere einer erfindungsgemäßen Bürste. Bei dem Verfahren weist die Bürste wenigstens einen einen elektrischen Widerstand aufweisenden Bürstenkörper auf, welcher wenigstens ein sich während eines Betriebs der elektrischen Maschine relativ zu dem

Bürstenkörper bewegendes, insbesondere drehendes, Bauelement, insbesondere der elektrischen Maschine, elektrisch kontaktiert und während des Betriebs der

elektrischen Maschine entlang einer Verschleißrichtung infolge eines Reibkontakts mit dem Bauelement verschleißt. Außerdem weist die Bürste bei dem Verfahren eine Erfassungseinrichtung auf, mittels welcher der Verschleiß des Bürstenkörpers ermittelt wird.

Um nun den Verschleiß des Bürstenkörper besonders präzise und auf einfache Weise ermitteln zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die

Erfassungseinrichtung eine Mehrzahl von entlang der Verschleißrichtung voneinander beabstandeten Erfassungsbereichen aufweist, deren jeweiliger elektrischer Widerstand sich von dem elektrischen Widerstand des Bürstenkörpers unterscheidet. Dabei wird der Verschleiß des Bürstenkörpers beispielsweise in Abhängigkeit von einem durch den Bürstenkörper und die Erfassungsbereiche gebildeten elektrischen

Gesamtwiderstands ermittelt. Somit wird der Verschleiß des Bürstenkörpers mittels der Erfassungsbereiche ermittelt. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer Bürste für eine elektrische

Maschine, mit einem Bürstenkörper und mit einem als Verschleißpille ausgebildeten Erfassungselement, mit welchem der Bürstenkörper versehen ist, sodass anhand des Verschleißelements ein Verschleiß des Bürstenkörpers ermittelt werden kann, wobei Fig. 1 der

Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung dient; und Fig. 2 eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Bürste für eine elektrische Maschine, mit einer Erfassungseinrichtung zum Ermitteln eines Verschleißes eines Bürstenkörpers der Bürste, wobei die Erfassungseinrichtung eine Mehrzahl von entlang einer

Verschleißrichtung voneinander beabstandeten Erfassungsbereichen aufweist.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Draufsicht eine Bürste 1 für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet und umfasst die elektrische Maschine. Die elektrische Maschine ist beispielsweise in einem

Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar, sodass beispielsweise wenigstens ein Rad des Kraftfahrzeugs und dabei insbesondere das Kraftfahrzeug insgesamt mittels des Elektromotors beziehungsweise mittels der elektrischen Maschine angetrieben werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist die elektrische Maschine beispielsweise in einem Generatorbetrieb und somit als Generator betreibbar.

Die Bürste 1 weist einen Bürstenkörper 2 auf, welcher beispielsweise aus einem ersten Werkstoff gebildet ist. Bei dem ersten Werkstoff handelt es sich beispielsweise um Graphit, sodass beispielsweise der Bürstenkörper 2 aus Graphitpulver gebildet ist. Der Bürstenkörper 2 ist dabei zum elektrischen Kontaktieren wenigstens eines sich während eines Betriebs der elektrischen Maschine relativ zu dem Bürstenkörper 2 bewegenden, insbesondere drehenden, ersten Bauelements ausgebildet. Mit anderen Worten berührt beziehungsweise kontaktiert der Bürstenkörper 2 in vollständig hergestelltem Zustand der elektrischen Maschine das genannte erste Bauelement, sodass der Bürstenkörper 2 das erste Bauelement elektrisch kontaktiert. Somit ist es beispielsweise möglich, über den Bürstenkörper 2 und somit über die Bürste 1 insgesamt elektrische Energie beziehungsweise elektrischen Strom, die

beziehungsweise der von einem zweiten Bauelement der elektrischen Maschine bereitgestellt wird, auf das erste Bauelement zu übertragen. Hierdurch ist der

Bürstenkörper 2 elektrisch leitfähig beziehungsweise leitend. Mit anderen Worten ist der erste Werkstoff elektrisch leitend, sodass der von dem zweiten Bauelement bereitgestellte elektrische Strom über den ersten Werkstoff auf das erste Bauelement übertragen werden kann. Da sich das erste Bauelement während eines Betriebs der elektrischen Maschine relativ zu dem Bürstenkörper 2 bewegt, insbesondere dreht, und da dabei der

Bürstenkörper 2 das erste Bauelement berührt beziehungsweise kontaktiert, kommt es zu einem Reibkontakt und somit zu Reibung zwischen dem ersten Bauelement und dem Bürstenkörper 2. Infolge des Reibkontakts des Bürstenkörpers 2 mit dem ersten Bauelement beziehungsweise infolge der genannten Reibung zwischen dem

Bauelement und dem Bürstenkörper 2 verschleißt der Bürstenkörper 2 während des Betriebs der elektrischen Maschine entlang einer in Fig. 1 durch einen Pfeil 3 veranschaulichten Verschleißrichtung. Der Bürstenkörper 2 weist dabei eine entlang der Verschleißrichtung beziehungsweise parallel zur Verschleißrichtung verlaufende Länge auf, welche infolge des Verschleißes beziehungsweise mit zunehmendem Verschleiß entlang der Verschleißrichtung abnimmt, das heißt geringer wird.

Dabei umfasst die Bürste 1 eine in Fig. 1 besonders schematisch dargestellte

Erfassungseinrichtung 4, mittels welcher der Verschleiß des Bürstenkörpers 2 erkennbar ist. Hierzu umfasst die Erfassungseinrichtung 4 ein Verschleißelement, welches bei dem in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel als Verschleißpille 5 ausgebildet ist. Dabei ist der Bürstenkörper 2 mit der Verschleißpille 5 versehen, sodass die Verschleißpille 5 in den Bürstenkörper 2 integriert ist.

Der Bürstenkörper 2 weist eine dem ersten Bauelement zugewandte Stirnseite 6 auf, über welche der Bürstenkörper 2 das erste Bauelement kontaktiert. Mit zunehmendem Verschleiß bewegt sich die Stirnseite 6 sukzessive in Richtung des Verschleißelements (Verschleißpille 5). Bevor der Bürstenkörper 2 seine Verschleißgrenze erreicht, ist in der Verschleißrichtung der Bürstenkörper 2 zwischen der Verschleißpille 5,

insbesondere einer der Stirnseite 7 der Verschleißpille 5, und dem ersten Bauelement angeordnet. Somit kontaktiert der Bürstenkörper 2 über die Stirnseite 6 und nicht etwa die Verschleißpille 5 das erste Bauelement.

Erreicht jedoch der Bürstenkörper 2 seine Verschleißgrenze, so kontaktiert nicht mehr der Bürstenkörper 2 selbst das erste Bauelement, sondern die Verschleißpille 5 kommt über ihre Stirnseite 7 in elektrischen Kontakt mit dem ersten Bauelement, sodass dann nicht mehr der Bürstenkörper 2, sondern die Verschleißpille 5 das erste Bauelement kontaktiert. Somit weist der Bürstenkörper 2 einen solchen Verschleiß

beziehungsweise eine solche Abnutzung auf, dass die Verschleißpille 5 ausgelöst wird. In der Folge stellt beispielsweise die Verschleißpille 5 ein, insbesondere elektrisches, Signal bereit, welches beispielsweise über eine Leitung 8 von der Verschleißpille 5 an eine Auswerteeinheit 9 der Erfassungseinrichtung 4 übertragen wird. Anhand des von der Verschleißpille 5 bereitgestellten und über die Leitung 8 an die Auswerteeinheit 9 übertragenen und von der Auswerteeinheit 9 empfangenen Signals wird ermittelt beziehungsweise erfasst, dass der Bürstenkörper 2 seine Verschleißgrenze erreicht hat. Dieses Erreichen der Verschleißgrenze durch den Bürstenkörper 2 kann insbesondere so frühzeitig erfasst werden, bevor es zu einem Ausfall der elektrischen Maschine kommt.

Infolge des Erfassens des Erreichens der Verschleißgrenze durch den Bürstenkörper 2 kann beispielsweise ein optisches und/oder akustisches und/oder haptisches Signal, insbesondere im Innenraum des Kraftfahrzeugs, ausgegeben werden, sodass beispielsweise eine sich im Innenraum des Kraftfahrzeugs aufhaltende Person wie beispielsweise der Fahrer des Kraftfahrzeugs auf das Erreichen der Verschleißgrenze durch den Bürstenkörper 2 aufmerksam gemacht werden kann. In der Folge kann beispielsweise die elektrische Maschine gewartet beziehungsweise repariert werden, sodass beispielsweise der verschlissene Bürstenkörper 2 beziehungsweise die verschlissene Bürste 1 gegen eine neue, unverschlissene Bürste ausgetauscht werden kann, insbesondere bevor es zu einem Ausfall der elektrischen Maschine kommt. Das Erreichen der Verschleißgrenze durch den Bürstenkörper 2 führt beispielsweise zu einer Änderung des elektrischen Widerstands der Bürste 1 , wobei der elektrische Widerstand beispielsweise von der Auswerteeinheit 9, insbesondere anhand des genannten Signals, erfasst wird. Dies bedeutet, dass durch Erfassen der Änderung des elektrischen Widerstands der Bürste 1 auf das Erreichen der Verschleißgrenze durch den Bürstenkörper 2 rückgeschlossen werden kann.

Fig. 2 zeigt eine Bürste 10 für eine elektrische Maschine, wobei die vorigen

Ausführungen zur Bürste 1 hinsichtlich ihrer Funktionen bei der elektrischen Maschine ohne weiteres auch auf die Bürste 10 übertragen werden können und umgekehrt. Um nun den Verschleiß des Bürstenkörpers 2 der Bürste 10 besonders präzise und auf einfache Weise ermitteln zu können, umfasst die Erfassungseinrichtung 4 eine

Mehrzahl von entlang der Verschleißrichtung voneinander beabstandeten

Erfassungsbereichen 1 1 , 12 und 13, deren jeweiliger elektrischer Widerstand sich von dem elektrischen Widerstand des Bürstenkörpers 2 unterscheiden. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass sich die Erfassungsbereiche 1 1 , 12 und 13 in ihren elektrischen Widerständen paarweise voneinander unterscheiden. Bei dem in Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Erfassungsbereiche 1 1 , 12 und 13 in den Bürstenkörper 2 eingebettet, wobei entlang der

Verschleißrichtung zwischen den jeweiligen Erfassungsbereichen 1 1 , 12

beziehungsweise 12 und 13 ein jeweiliger, aus dem ersten Werkstoff gebildeter Körperbereich 14 beziehungsweise 15 des Bürstenkörpers 2 angeordnet ist. Der jeweilige Erfassungsbereich 1 1 , 12, 13 ist beispielsweise aus einem jeweiligen zweiten Werkstoff gebildet, welcher sich von dem ersten Werkstoff unterscheidet. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass sich die Erfassungsbereiche 1 1 , 12 und 13 hinsichtlich ihrer jeweiligen Werkstoffe paarweise voneinander unterscheiden. Bei dem in Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind drei Erfassungsbereiche 1 1 , 12 und 13 vorgesehen, welche paarweise den gleichen, entlang der Verschleißrichtung verlaufenden Abstand zueinander aufweisen.

Zunächst ist die Stirnseite 6 von einem aus dem ersten Werkstoff gebildeten

Körperbereich 16 des Bürstenkörpers 2 gebildet, sodass zunächst der Körperbereich 16 über die Stirnseite 6 das erste Bauelement kontaktiert. Somit ist der Körperbereich 16 zunächst zwischen dem Erfassungsbereich 1 1 und dem ersten Bauelement angeordnet. Dies bedeutet, dass zunächst der Bürstenkörper 2 über den Körperbereich 16 beziehungsweise über die Stirnseite 6 das erste Bauelement elektrisch kontaktiert. Kommt es nun zu einem solchen Verschleiß der Bürste 10, dass der Körperbereich 16 abgetragen wird, so berührt nicht mehr der Bürstenkörper 2 selbst das erste

Bauelement, sondern der Erfassungsbereich 1 1 kontaktiert beziehungsweise berührt das erste Bauelement. In der Folge kommt beispielsweise zu einer ersten Änderung eines elektrischen Widerstands der Bürste 10, wobei diese erste Änderung des elektrischen Widerstands, insbesondere Gesamtwiderstands, der Bürste 10

beispielsweise bedeutet, dass 25 Prozent der ursprünglichen Länge des

Bürstenkörpers 2, der die ursprüngliche Länge in unverschlissenem, neuem Zustand aufweist, abgetragen und somit verschlissen sind. Somit sind noch 75 Prozent der ursprünglichen Länge vorhanden.

Werden im weiteren Betrieb der elektrischen Maschine der Erfassungsbereich 1 1 und der Körperbereich 14 verschlissen und somit abgetragen, sodass dann der

Erfassungsbereich 12 in elektrischen Kontakt mit dem ersten Bauelement kommt, so kommt es zu einer zweiten Änderung des elektrischen Widerstands der Bürste 10. Die Auswerteeinheit 9 kann dabei die jeweilige Änderung des elektrischen Widerstands der Bürste 10 erfassen, sodass anhand der ersten Änderung des elektrischen Widerstands der Verschleiß des Körperbereichs 16 und anhand der zweiten Änderung des elektrischen Widerstands der Verschleiß des Erfassungsbereichs 1 1 und des

Körperbereichs 14 erfasst werden kann. Auf Basis der Erfassung der zweiten

Änderung des elektrischen Widerstands kann darauf rückgeschlossen werden, dass 50 Prozent der ursprünglichen Länge des Bürstenkörpers 2 verschlissen sind, sodass der Bürstenkörper 2 dann noch 50 Prozent seiner ursprünglichen Länge aufweist.

Kommt es im weiteren Betrieb der elektrischen Maschine zu einem solchen Verschleiß der Bürste 10, dass der Erfassungsbereich 12 und der Körperbereich 15 verschleißen beziehungsweise abgetragen werden, sodass dann beispielsweise der

Erfassungsbereich 13 in, insbesondere direkten, elektrischen Kontakt mit dem ersten Bauelement kommt, so kann mittels der Auswerteeinheit 9 eine dritte Änderung des elektrischen Widerstands der Bürste 10 erfasst werden. Aus dieser dritten Änderung des elektrischen Widerstands kann rückgeschlossen werden, dass noch 25 Prozent der ursprünglichen Länge des Bürstenkörpers 2 vorhanden sind, sodass bereits 75 Prozent der ursprünglichen Länge verschlissen sind. Anhand der Erfassung der dritten Änderung des elektrischen Widerstands kann beispielsweise erfasst werden, dass der Bürstenkörper 2 seine Verschleißgrenze erreicht hat. Dann kann beispielsweise das zuvor genannte Signal ausgegeben werden, um beispielsweise einen Nutzer des Kraftfahrzeugs auf das Erreichen der Verschleißgrenze hinzuweisen, bevor es zu einem Ausfall der elektrischen Maschine kommt. In der Folge kann die Bürste 1 ausgetauscht werden, bevor die elektrische Maschine ausfällt.

Der Verschleiß des Bürsten körpers 2 der Bürste 10 wird beispielsweise derart erfasst, dass die Erfassungsbereiche 1 1 , 12 und 13 sowie der Bürstenkörper 2 hinsichtlich ihrer elektrischen Widerstände in Reihe geschaltet sind. Hierbei wird beispielsweise mittels der Auswerteeinheit 9 ein durch die elektrischen Widerstände der Erfassungsbereiche 1 1 , 12 und 13 und durch den elektrischen Widerstand des Bürstenkörpers 2 gebildeter elektrischer Gesamtwiderstand der Bürste 10 erfasst, sodass beispielsweise der Verschleiß des Bürstenkörpers 2 in Abhängigkeit von dem Gesamtwiderstand erfasst wird. Dies erfolgt beispielsweise derart, dass der Gesamtwiderstand seinen Wert ändert, insbesondere jedes Mal, wenn der jeweilige Erfassungsbereich 1 1 , 12 beziehungsweise 13 in elektrischen Kontakt mit dem ersten Bauelement kommt. Da sich beispielsweise die Erfassungsbereiche 1 1 , 12 und 13 in ihren elektrischen

Widerständen paarweise voneinander unterscheiden, unterscheiden sich auch die jeweiligen Änderungen, insbesondere deren Werte, paarweise voneinander. Im

Rahmen eines Verfahrens zum Ermitteln des Verschleißes der Bürste 10 wird somit der Verschleiß der Bürste 10, insbesondere des Bürstenkörpers 2, mittels der Erfassungsbereiche 1 1 , 12 und 13 ermittelt.

Die jeweilige Änderung des elektrischen Widerstands wird beispielsweise durch eine Spannungsmessung detektiert. Beispielsweise führt die jeweilige Änderung des elektrischen Widerstands zu einer Änderung einer elektrischen Spannung der elektrischen Maschine, wobei diese Änderung der elektrischen Spannung

beispielsweise durch die Auswerteeinheit 9 erfasst werden kann. Beispielsweise wird die elektrische Spannung, welche beispielsweise an der Bürste 10 anliegt, über die Leitung 8 von der Auswerteeinheit 9 überwacht, sodass bei Änderung der elektrischen Spannung auf einen elektrischen Kontakt des jeweiligen Erfassungsbereichs 1 1 , 12 beziehungsweise 13 mit dem ersten Bauelement rückgeschlossen werden kann. Auf diese Weise kann der Verschleiß des Bürstenkörpers 2 präzise erfasst werden.

Insgesamt ist erkennbar, dass bei der Bürste 10 eine besonders frühzeitige

Verschleißerkennung und Verschleißprognose darstellbar sind. Dadurch kann ein Nutzer der elektrischen Maschine beziehungsweise des Kraftfahrzeugs besonders frühzeitig und insbesondere vor Ausfall der elektrischen Maschine auf einen entsprechenden Verschleiß des Bürstenkörpers 2 hingewiesen werden. In der Folge kann das Erreichen der Verschleißgrenze oder ein übermäßiges Überschreiten der Verschleißgrenze durch den Bürstenkörper 2 vermieden werden, sodass der Ausfall der elektrischen Maschine vermieden werden kann. Dies kann beispielsweise derart realisiert werden, dass vor Erreichen der Verschleißgrenze beziehungsweise vor übermäßigem Überschreiten der Verschleißgrenze die elektrische Maschine gewartet beziehungsweise repariert wird, wobei beispielsweise die Bürste 10 gegen eine neue, unverschlissene Bürste ausgetauscht wird. Ferner kann eine Sicherheitslast auf die beispielsweise als Generator betreibbare elektrische Maschine realisiert werden, wodurch beispielsweise ein besonders sicheres Energiebordnetz des Kraftfahrzeugs dargestellt werden kann. Bezugszeichenliste

1 Bürste

2 Bürstenkörper

3 Pfeil

4 Erfassungseinrichtung

5 Verschleißpille

6 Stirnseite

7 Stirnseite

8 Leitung

9 Auswerteeinheit

10 Bürste

1 1 Erfassungsbereich

12 Erfassungsbereich

13 Erfassungsbereich

14 Körperbereich

15 Körperbereich

16 Körperbereich