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Title:
ELECTRIC MACHINE AND ARRANGEMENT CONSISTING OF AN ELECTRIC BRUSH AND A GUIDE ELEMENT FOR A BRUSH
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/023058
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an arrangement consisting of an electric brush (4) and a guide element (5) for a brush, in which the brush (4) is accommodated in a longitudinally displaceable manner. The invention provides that the surface of the brush (4) and the surface of the guide element (5) have a structure (9, 12) that correspond with one another for preventing or limiting transverse movements of the brush (4) within the guide element (5).

Inventors:
BREITLING WOLFRAM (DE)
Application Number:
EP2009/059852
Publication Date:
March 04, 2010
Filing Date:
July 30, 2009
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
BREITLING WOLFRAM (DE)
International Classes:
H01R39/41; H02K5/14; H01R39/38
Domestic Patent References:
WO2004023609A12004-03-18
Foreign References:
JPH023169U1990-01-10
US20030067242A12003-04-10
DE2724520A11978-12-14
EP1592112A12005-11-02
Attorney, Agent or Firm:
ROBERT BOSCH GMBH (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Anordnung bestehend aus einer elektrische Schleifbürste (4) und einem Führungselement (5) für eine Schleifbürste, in dem die Schleifbürste (4) längsverschiebbar aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Schleifbürste (4) und die Oberfläche des Führungselements (5) jeweils eine miteinander korrespondierende Struktur (9, 12) aufweisen, die Querbewegungen der Schleifbürste (4) innerhalb des Führungselements (5) vermeiden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (9,12) an mindestens zwei Flächen, vorzugsweise der Vorder- und Rückseite (4C, 4D) der Schleifbürste (4) und der dazu korrespondierenden Vorder- und Rückseite (10, 11) des Führungselements (5) vorgesehen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (9) an der Schleifbürste (4) als dreieckförmige Ausnehmung ausgebildet ist, in die als Führung eine dazu korrespondierende Struktur (12) des Führungskörpers (5) eingreift.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (12) auf die Gleitflächen des Führungselements (5) aufgespritzt ist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Stirnseite (4C) der Schleifbürste (4), an dem eine Bürstenandruckfeder abstützbar ist, in einer ersten Ebene (x) geneigt ist, wobei die Neigung im eingebauten Zustand -bezogen auf die Motorachse- in radialer Richtung verläuft.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Stirnseite (4C) der Schleifbürste (4), an dem eine Bürstenandruckfeder abstützbar ist, zusätzlich zu der ersten Ebene (x) auch in einer zweiten Ebene (z) geneigt ist, die im eingebauten Zustand -bezogen auf die Motorachse- in axialer Richtung verläuft .

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass das Führungselement (5) aus

Kunststoff besteht.

8. Elektrische Maschine, insbesondere elektrischer Gleichstrommotor, mit einem auf einer Welle (1) angeordneten An- ker (2) und einem Kommutator (3) oder Schleifring zur Stromaufnahme oder Stromabgabe, der mit elektrischen Schleifbürsten (4) in Kontakt steht, wobei die Schleifbürsten (4) in Führungselementen (5) aufgenommen sind, die an einem Stator befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass Schleifbürsten (4) und Führungselemente (5) als eine Anordnung gemäß den Merkmalen der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind.

Description:
Elektrische Maschine sowie Anordnung bestehend aus einer e- lektrischen Schleifbürste und einem Führungselement für eine Schleifbürste

Die vorliegende Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine sowie einer Anordnung bestehend aus einer elektrischen Schleifbürste und einem Führungselement für eine Schleifbürste gemäß den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und

Bei Gleichstrommotoren (siehe z.B. DE 196 06 487 Al) unter- liegt die elektrische Verbindung zwischen den Schleif- bzw. Kohlebürsten und dem Kommutator ständiger Änderungen, da bedingt durch die Drehbewegung des Ankers die Kohlebürsten auf dem Kommutator schleifen. Jede Kohlebürste erzeugt durch den permanenten Schleifkontakt mit dem Kommutator ihr eigenes Laufbild, vergleichbar mit einem Fingerabdruck. Wenn sich aufgrund von Axialbewegungen des Ankers oder Bewegungen der Kohlebürsten innerhalb ihrer Führungen die Laufspur auch nur geringfügig verändert, ändert sich der Übergangswiderstand, was sich dann am Motor nachteilig als Drehzahländerung oder Drehzahlsprung äußert. Häufig bestehen die Führungen für die Kohlebürsten aus Kunststoff. Wegen dem relativ hohen Ausde- hungskoeffizienten von Kunststoff erhalten die Kohlebürsten viel Spiel bzw. Freiraum in ihren Führungselementen, um Verklemmungen der Kohlebürsten vorsorglich zu vermieden.

Aufgabe der Erfindung ist es, trotz der erforderlichen Spielführung der Kohlebürsten innerhalb ihrer Führungselemente Querbewegungen der Kohlebürsten bzw. Bewegungen der Kohlebürsten in Axialrichtung des Motors zu vermeiden.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt dabei durch die im Anspruch 1 und 8 angegebenen Merkmale. Dadurch, dass sowohl die Oberfläche der Schleifbürste als auch die Gleitfläche ihres Führungselements eine Struktur aufweisen, die als eine Art Formschluss zusammenwirken, wer- den die eingangs beschriebenen unerwünschten Querbewegungen der Schleifbürste innerhalb des Führungskörpers bzw. Bewegungen der Schleifbürste in axialer Richtung des Motors vermeiden .

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen Anordnung aufgeführt .

Die erfindungsgemäße Struktur ist auf vorteilhafte Art und Weise an mindestens zwei Flächen, vorzugsweise an der Vorder- und der Rückseite der Schleifbürste und an den dazu korrespondierenden Gleitflächen des Führungskörpers vorgesehen.

Die als eine Art Formschluss zusammenwirkenden Strukturen sind vorzugsweise an der Schleif- bzw. Kohlebürste als drei- eckförmige Ausnehmung vorgesehen, in die zumindest partiell eine korrespondierende dreieckförmige (Gegen-) Struktur eingreift, die an den Gleitflächen des Führungskörpers ausgebildet ist.

Die Struktur für den Führungskörper kann auf einfache Art und Weise auf deren Gleitflächen aufgespritzt werden.

Im eingebauten Zustand stützt sich auf der oberen Stirnseite der Kohle- bzw. Schleifbürste eine Feder ab, die den permanenten Kontakt zwischen Kohlebürste und Kommutator sicherstellt. Zur Vermeidung des sogenannten „stick-slip" Effekts, bei dem sich ein Wechsel von Haft- und Gleitreibung einstellt, ist die obere Stirnseite der Kohlebürste in einer ersten Ebene geneigt bzw. mit einer Schräge versehen, die - bezogen auf die Achse des Motors- in radialer Richtung verläuft. Durch die Neigung der oberen Stirnseite wird eine Querkraft erzeugt, die sich mit der Schleppkraft addiert. Dadurch wird auf vorteilhafte Art und Weise die Kohlebürste in ihrem Füh- rungskörper leicht nach vorne gekippt, so dass sowohl ihre dem Kommutator zugewandte Vorderkante als auch die dem Kommutator abgewandte Hinterkante an die Innenwände des Führungskörpers gedrückt wird. Damit kann die Lage der Kohlebürste innerhalb des Führungskörpers zusätzlich stabilisiert werden.

Um auch eine Stabilisierung der Führung der Kohlebürste innerhalb des Führungskörpers in Axialrichtung des Motors zu erreichen, wird weiterhin vorgeschlagen, die obere Stirnseite in einer zweiten Ebene mit einer Neigung bzw. Schräge zu ver- sehen, die -bezogen auf die Achse des Motors- in axialer

Richtung verläuft. Dies wird dadurch realisiert, dass die An- schrägung ausgehend vom vorherigen Ausführungsbeispiel um vorzugsweise 45° in ihrer Ebene gedreht wird. Damit wird die Kohlebürste in ihrem Führungskörper zusätzlich seitlich ge- kippt, so dass auch die untere und obere Seitenkante der Kohlebürste an die Innenwände des Führungskörpers gedrückt wird.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ankers eines Gleichstrommotors,

Figur 2 eine Draufsicht auf eine Anordnung bestehend aus einer Schleifbürste, die in einem Führungselement längsverschiebbar aufgenommen ist,

Figur 3 eine Schnittdarstellung durch eine derartige Anordnung mit einer Schleifbürste gemäß einer zweiten Ausführungsform, Figur 4 eine dritte Ausführungsform einer Schleif- bzw. Kohlebürste in einer ersten Seitenansicht,

Figur 5 eine Ansicht auf die Schleif- bzw. Kohlebürste aus Richtung A gemäß Fig. 4 und

Figur 6 eine isometrische Darstellung der Schleif- bzw. Kohlebürste gemäß der dritten Ausführungsform.

In Figur 1 ist ein auf einer Welle 1 befestigter und mit Wicklungen versehener Anker 2 eines Gleichstrommotors dargestellt. Stirnseitig am Anker 2 ist auf der Welle 1 weiterhin ein Kommutator 3 bzw. Kollektor vorgesehen, der zur Stromauf- nähme mit an einem nicht dargestellten Stator des Motors befestigten Kohlebürsten 4 in Schleifkontakt steht. Wie allgemein bekannt, wird ein permanenter Schleifkontakt durch Andruckfedern (nicht dargestellt) sichergestellt, die sich auf der oberen Stirnseite 4E der Kohlebürsten 4 abstützen.

Die Kohlebürsten 4 sind -wie in Figur 2 dargestellt- in Führungselementen, im folgenden als Führungskörper 5 bezeichnet, längsverschieblich gelagert, so dass trotz Verschleiß der Kohlebürsten 4 ein permanenter Schleifkontakt zum Kommutator 3 sichergestellt ist. Die Führungskörper 5 für die Kohlebürsten 4 bestehen vorzugsweise aus Kunststoff, die einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Im Betrieb des Motors dehnen sich daher diese Führungskörper 5 entsprechend aus und es bildet sich zwischen Kohlebürste 4 und den Innenwänden der Führungskörper 5 ein entsprechendes Spiel bzw. Freiräume aus, wobei das Spiel in axialer Richtung symbolisch mit den Pfeilen 6 in Figur 1 gekennzeichnet ist. Um zu verhindern, dass sich die Kohlebürste 4 innerhalb des Führungskörpers 5 insbesondere nicht in axialer Richtung (bezo- gen auf die Motorachse) verschieben kann, sind auf der Vorderseite 4C und auf der Rückseite 4D der Kohlebürsten 4 Strukturen 9 in Form von dreieckförmigen Ausnehmungen einge- bracht, die mit an den Innenflächen der Vorder- und Rückseite 10, 11 der Führungskörper 5 ausgebildeten dreieckförmigen (Gegen-) Strukturen 12 korrespondierend zusammen wirken, so dass das Axialspiel der Kohlenbürsten 4 unterbunden bzw. be- grenzt ist. Die auf den Innenflächen der Vorder- und Rückseite 10, 11 des Führungskörpers 5 vorgesehene (Gegen-) Struktur wird vorzugsweise auf die Innenflächen aufgespritzt. Natürlich kann die Anzahl, Form und Position der Strukturen 9 und 12 an die baulichen Gegebenheiten des Motors oder an die An- forderungen der axialen Führung der Kohlebürsten 4 innerhalb der Führungskörper 5 entsprechend angepasst werden. Anstelle des Aufspritzens der Struktur 12 kann diese insbesondere bei der Verwendung von Führungskörpern 5 aus Metall beispielsweise auch durch entsprechende Prägetechnik direkt aus dem Mate- rial des Führungskörpers 5 heraus ausgebildet werden.

In Figur 3 ist eine Anordnung mit einer zweiten Ausführungsform einer Kohlebürste 4 dargestellt, deren obere Stirnfläche 4E im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel nicht eben, sondern in einer x- Ebene mit einer Neigung bzw. Anschrägung versehen ist. Die zur Vorderseite 4C der Kohlebürste 4 hin abfallende Anschrägung bewirkt eine Querkraft 14, die sich mit der durch die Rotation R des Kommutators 3 hervorgerufenen Schleppkraft 16 addiert. Dadurch wird die Vorderseite 4C der Kohlebürste 4 gegen die untere Vorderkante 18 des Führungskörpers 5 und die Rückseite 4D der Kohlebürste 4 gegen die obere hintere Wand 20 gedrückt und damit die Lage der Kohlebürste 4 in ihrer Führung stabilisiert.

Damit auch eine stabilisierende Wirkung in Axialrichtung des Motors erreicht wird, verläuft -gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel (siehe Figuren 4 bis 6) die Anschrägung nicht nur in einer Ebene x, sondern auch in einer z- Ebene. Dies wird dadurch erreicht, dass die Anschrägung bzw. deren Fläche ausgehend vom vorherigen Ausführungsbeispiel um beispielsweise 45° gedreht wird. Damit wird auf vorteilhafte Art und Weise auch eine stabilisierende Komponente für die Führung der Kohlebürste 4 innerhalb des Führungskörpers 5 in Axialrichtung des Motors sichergestellt. Soll die stabilisierende Wirkung ausschließlich in Axialrichtung des Motors sichergestellt werden, dann würde die Anschrägung bzw. Neigung aus- schließlich in der z- Ebene verlaufen.

Die vorgeschlagenen Anordnungen, bestehend aus Kohlebürste und Führungselement, sind natürlich nicht nur für den Einsatz in Gleichstrom- bzw. DC- Motoren geeignet, sondern können auch zur Stromaufnahme in Wechselstrommotoren (Stichwort: Schleifringläufermotor) Anwendung finden.

Selbstverständlich sind die zuvor beschriebenen Anordnungen auch für Anwendungen im Generatorbetrieb von elektrischen Ma- schinen geeignet.