Die Erfindung betrifft eine Schleifringvorrichtung für eine elektrome- chanische Maschine, insbesondere Elektromotor, Generator oder dergleichen, wobei die S chleifringvorrichtung auf einer Welle der Maschine anordbar und mit einer Bürste kontaktierbar ist.

Derartige Schleifringvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und dienen regelmäßig zur Übertragung elektrischer Energie von einem Leiter auf eine relativ zum Leiter drehbar angeordnete Welle oder Achse. Die bekannten Schleifringe bestehen regelmäßig aus einem Kupfermaterial und die mit dem Schleifring kontaktierten Bürsten aus einem Graphitwerkstoff, beispielsweise aus so genannter Elektrokohle.

Insbesondere bei Elektromotoren oder Generatoren, wie zum Beispiel Lichtmaschinen in Fahrzeugen, erweist sich die Materialpaarung Kupfer/Graphit für eine Schleifringvorrichtung als ausreichend. Es gibt jedoch Anwendungen, zum Beispiel bei Nutzfahrzeugen, wie Omnibusse und Lastkraftwagen, wo wesentlich höhere Standzeitanforderungen erfüllt werden müssen. Dort werden teilweise bürstenlose Motore bzw. Generatoren eingesetzt. Diese Maschinen sind in der Regel nicht so kostengünstig herzustellen wie Maschinen mit einem Schleifringsystem. Außerdem verursachen so lche Systeme mit doppelten Luftspalt eine vergleichsweise Verschlechterung des Wirkungsgrads. Ebenso für Fahr- motoren für neue Elektrofahrzeuge bestehen sehr hohe Standzeitanforderungen. Auch dort werden zum Teil Synchronmotoren mit Schleifringsystemen eingesetzt.

Bei einem längeren Stillstand einer derartigen Maschine kann eine Oxidation einer Schleifringoberfläche erfolgen, die bei einer Inbetrieb- nähme der Maschine eine verschlechterte elektrische Kontaktierung der Schleifringe zur Fo lge hat. Eine verschlechterte Kontaktierung kann weiter auch durch Umwelteinflüsse bedingt sein, die eine Korrosion bzw. Veränderung einer Schleifringoberfläche bewirken. Der durch die Materialpaarung bedingte Verschleiß führt daher neben einer verkürzten Lebensdauer der bekannten Schleifringvorrichtungen auch zu einer unzuverlässigen Kontaktierung des Systems S chleifring/Bürste.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schleifringvorrichtung bzw. eine S chleifringanordnung mit einer verbesserten Lebensdauer vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird durch eine Schleifringvorrichtung mit den Merkmalen das Anspruchs 1 und eine Schleifringanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.

Die erfindungsgemäße Schleifringvorrichtung für eine elektromechani- sche Maschine, insbesondere Elektromotor, Generator oder dergleichen, ist auf einer Welle der Maschine anordbar und mit einer Graphitbürste kontaktierbar, wobei die Schleifringvorrichtung aus einem Schleifringelement aus einem Graphitwerkstoff zur Kontaktierung der Graphitbürste und einer Kontakteinrichtung gebildet ist, wobei die Kontakteinrichtung mit dem Schleifringelement und einem Leiter kontaktiert ist, derart, dass eine elektrisch leitende Verbindung über die Kontakteinrichtung zwischen dem Schleifringelement und dem Leiter ausgebildet ist.

Durch die Materialpaarung Graphit/Graphit ergibt sich eine zuverlässige Kontaktierung der Schleifringvorrichtung mit der Graphitbürste. Graphit ist weitaus unempfindlicher gegenüber Umwelteinflüssen, da im Wesentlichen keine Korrosion bzw. Oxidation von Kontaktoberflächen erfo lgen kann. Auch ein mechanischer Verschleiß ist wesentlich geringer, so dass eine Lebensdauer der erfindungsgemäßen Schleifringvorrichtung gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Schleifringvorrichtungen erhöht ist. Dadurch können Wartungsintervalle von elektromechanischen Maschinen verlängert und fo lglich Kosten eingespart werden. Die Verwendung eines Schleifringelements aus einem Graphitwerkstoff bedarf allerdings einer besonderen Kontaktierung des Schleifringelements mit dem in der Regel aus Kupfer bestehenden Leiter. Gegenüber einem

Schleifringelement aus Kupfer, welches mit einem Leiter aus Kupfer oder einem anderen Metallwerkstoff beispielsweise über eine Lötverbindung verbunden ist, ist eine stoffschlüssige Kontaktierung des Schleifringelements aus Graphitwerkstoff mit einem Leiter aus einem Metallwerkstoff aufgrund der Materialeigenschaften von Graphit nur schwierig möglich. Erfindungsgemäß ist daher eine Kontakteinrichtung vorgesehen, die eine zuverlässige elektrisch leitende Verbindung zwischen dem

Schleifringelement und dem Leiter ausbildet.

Vorteilhaft kann die Schleifringvorrichtung eine Halteeinrichtung aus einem Iso lationsmaterial umfassen, welche auf der Welle anordbar ist und das Schleifringelement relativ zu der Welle koaxial haltert und gegenüber der Welle elektrisch iso liert. So kann eine elektrische Trennung der Welle von der Schleifringvorrichtung erreicht werden, was eine Verwendung von mehreren Schleifringvorrichtungen an einer Welle ermöglicht. Auch kann die Schleifringvorrichtung dann in Art einer zusammenhängenden Baugruppe ausgebildet sein, die einfach auf der Welle montierbar ist. Vorzugsweise kann der Leiter dann auch von der Halteeinrichtung gehaltert werden bzw. auf oder in der Halteeinrichtung befestigt sein. Die Halteeinrichtung kann beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial bestehen und in einem Spritzgießverfahren hergestellt sein. In einer Ausführungsform kann die S chleifringvorrichtung so ausgebildet sein, dass das Schleifringelement relativ zur Welle mit der Graphitbürste radial kontaktierbar ist. Das heißt eine Bürstenkontaktoberfläche des Schleifringelements kann dann so angeordnet sein, dass die Graphitbürste eine in radialer Richtung wirkende Kontaktkraft auf die Bürstenkon- taktoberfläche ausübt. Die Kontakteinrichtung kann dabei relativ zur Welle bzw. der Bürstenkontaktoberfläche radial oder axial angeordnet sein. Das heißt auf einem Wellendurchmesser oder an einer an der Welle ausgebildeten Stirnfläche jeweils zwischenliegend dem S chleifringelement und der Welle. In einer weiteren Ausführungsform kann die Schleifringvorrichtung so ausgebildet sein, dass das Schleifringelement relativ zur Welle mit einer Graphitbürste axial kontaktierbar ist. Im Unterschied zu einer radialen Kontaktierung wirkt eine Kontaktkraft dann relativ zur Welle in axialer Richtung. Die Kontakteinrichtung kann auch hier wiederum axial als auch radial angeordnet sein. So kann die Schleifringvorrichtung an Wellen unterschiedlicher Gestalt angepasst sein.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kontakteinrichtung als ein Federring oder eine Federscheibe ausgebildet ist. Ein Federring oder eine Federscheibe kann einen sicheren, mechanischen Kontakt zwischen dem Schleifringelement und einem Leiter ausbilden, da diese Federelemente mechanische Veränderungen, wie beispielsweise eine Wärmeausdehnung des Schleifringelements kompensieren können. Dieses kann insbesondere der Fall sein, wenn zwischen der Welle bzw. der Halteeinrichtung und dem S chleifringelement unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizien- ten eine relative Längenänderung bewirken. Diese Längenänderung kann bei einem Verlöten des Schleifringelements mit aus anderen Materialen bestehenden Bauteilen ein Brechen des sprödes Schleifelement bewirken. Weiter kann ein Federring eine besonders gute Zentrierung des Schleifringelements auf der Welle bzw. der Halteeinrichtung und somit einen verbesserten Rundlauf gewährleisten. Der Federring kann ein Wellenring bzw. die Federscheibe eine Wellenscheibe sein. Ein Wellenring oder eine Wellenscheibe kann eine Federkraft gleichmäßig auf das Schleifringelement übertragen und ist als ein Normteil kostengünstig in großer Stückzahl verfügbar.

Die Schleifringvorrichtung kann ein ringförmiges Kontaktelement aufweisen, welches mit dem Leiter unmittelbar verbunden ist, wobei die Kontakteinrichtung das Schleifringelement mit dem Kontaktelement elektrisch leitend verbindet. Das ringförmige Kontaktelement kann demnach zwischenliegend der Welle oder Halteeinrichtung und der Kontakteinrichtung angeordnet sein und so eine besonders gute und sichere Übertragung elektrischer Energie auf die Kontakteinrichtung bewirken. Das Kontaktelement kann somit eine vergleichsweise große Kontaktfläche zur Verbindung mit der Kontakteinrichtung ausbilden. Vorzugsweise kann das Kontaktelement aus einem Metallwerkstoff bestehen, der gut mit dem Leiter verbindbar ist. Wenn das ringförmige Kontaktelement ein Kupferring ist, kann der

Kupferring besonders gut elektrische Energie übertragen. Auch kann der Kupferring in Art eines konventionellen S chleifrings ausgebildet sein. Die Schleifringvorrichtung kann dann eine konventionelle Schleifringvorrichtung umfassen, wobei die konventionelle Schleifringvorrichtung dann um ein Schleifringelement aus Graphitwerkstoff und eine Kontakteinrichtung ergänzt ist. So wird eine Umrüstung von konventionellen Schleifringvorrichtungen zu der erfindungsgemäßen Schleifringvorrich- tung einfach mö glich.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der kann der Leiter unmittelbar mit dem Federring oder der Federscheibe verbunden sein. Einerseits können so zusätzliche Bauteile eingespart werden und andererseits wird, beispielsweise mittels einer Lötverbindung, eine sichere Verbindung zwischen dem Leiter und dem Federelement bereitgestellt. In der einfachsten Ausführungsform kann der Leiter jedoch alleine kraft- schlüssig mit dem Federelement kontaktiert sein.

Um eine besonders sichere, mechanische Befestigung des Schleifringelements zu ermöglichen, kann die Kontakteinrichtung ein Klebermaterial aufweisen, welches zur stoffschlüssigen Befestigung des Schleifringelements dient. So kann das Schleifringelement fest, verdrehsicher und dennoch elastisch auf einer Welle oder Halteeinrichtung befestigt bzw. gesichert werden. Ein Klebermaterial kann ein schlagzäher Kleber sein, der geeignet ist, mechanische Längenänderungen aufgrund von Wärmespannungen auszugleichen. Das Klebermaterial kann auch alleine die Kontakteinrichtung ausbilden, wenn das Klebermaterial elektrisch leitend ist. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn nur geringe Stromstärken übertragen werden müssen.

Alternativ kann das Schleifringelement auch mit dem Kontaktelement verlötet sein. Die Lötverbindung kann dann die Kontakteinrichtung ausbilden, wobei eine Position der Lötverbindung an dem Schleifring- element grundsätzlich beliebig ist. Bei dieser einfachsten Ausführungsform einer Kontaktierung des Schleifringelements kann daher ein

Durchmesser des Schleifringelements gegenüber einem Durchmesser der Welle nur geringfügig größer sein, so dass eine niedrige Bauhöhe der Schleifringvorrichtung ermöglicht wird. In einer Ausführungsform kann die Kontakteinrichtung eine galvanische Beschichtung umfassen, die auf einer einer Bürstenkontaktoberfläche gegenüberliegenden Leiterkontaktoberfläche des Schleifringelements ausgebildet ist. Eine galvanische Beschichtung mit einem Metallwerkstoff bewirkt einen verbesserten Kontakt des Schleifringelements mit beispielsweise einem Federelement der Kontakteinrichtung oder auch einem Leiter. Weiter ist es möglich, das S chleifringelement besonders einfach mit einem Leiter oder einem Kontaktelement zu verlöten.

Die erfindungsgemäße Schleifringanordnung umfasst zumindest zwei erfindungsgemäße Schleifringvorrichtungen, wobei ein gemeinsamer Iso lierkörper vorgesehen ist, der eine Halteeinrichtung der Schleifringvorrichtungen ausbildet und an einer Welle befestigbar ist. Die Halteeinrichtung fasst die Schleifringvorrichtungen somit zu einer Baugruppe zusammen, welche einfach montierbar bzw. austauschbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen einer Schleifringanordnung ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Vorrichtungsanspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.

Im Fo lgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Schleifringanordnung;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Schleifringanordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Schleifringvorrichtung;

Fig. 3 eine Längsschnittansicht der Schleifringanordnung aus

Fig. 2; Fig. 4 eine Detailansicht IV der Schleifringanordnung aus Fig. 3 ;

Fig. 5 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer

Schleifringanordnung mit einer zweiten Ausführungsform einer Schleifringvorrichtung;

Fig. 6 eine Längsschnittansicht der Schleifringanordnung aus

Fig. 5; Fig. 7 eine Schnittansicht der Schleifringanordnung entlang einer Linie VII-VII aus Fig. 6 ;

Fig. 8 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer

Schleifringanordnung mit einer dritten Ausführungsform einer Schleifringvorrichtung;

Fig. 9 eine Längsschnittansicht der Schleifringanordnung aus

Fig. 8;

Fig. 10 eine Detailansicht X der Schleifringanordnung aus Fig. 9.

Fig. 1 zeigt eine Schleifringanordnung 10 mit zwei Schleifringvorrich- tungen 1 1 , die hier nicht näher dargestellt sind, und einen gemeinsamen Iso lierkörper 12 der eine Halteeinrichtung für die Schleifringvorrichtungen 1 1 ausbildet. Die Schleifringanordnung 10 dient zur Verwendung an einer hier nicht dargestellten Welle eine Lichtmaschine und weist Anschlusskontakte 13 auf, die über hier nicht sichtbare Leiter mit den Schleifringvorrichtungen 1 1 elektrisch leitend verbunden sind. Im

Verbund mit einer Lichtmaschine sind die Schleifringvorrichtungen 1 1 mit hier nicht dargestellten Graphitbürsten radial kontaktiert.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht bzw. Fig. 3 eine Schnittansicht der Schleifringanordnung 10. Aus der Schnittansicht ist zu ersehen, dass Leiter 14 und 15 die Anschlusskontakte 13 mit den Schleifringvorrichtungen 1 1 elektrisch verbinden, wobei die Leiter 14 und 15 vo llständig im Iso lierkörper 12 aufgenommen und von Isoliermaterial umgeben sind. Die Schleifringvorrichtungen 1 1 sind ringförmig ausgebildet und relativ zu einer Rotationsachse 16 bzw. zu einer hier nicht dargestellten Welle mit ebenfalls hier nicht dargestellten Graphitbürsten radial kontaktier- bar. Der Isolierkörper 12 bildet weiter eine Durchgangsö ffnung 17 aus, in die die Welle einsetzbar ist.

Wie einer Detaildarstellung der Schleifringvorrichtung 1 1 in Fig. 4 zu entnehmen ist, ist die Schleifringvorrichtung 1 1 aus einem ringförmigen Schleifringelement 1 8 und einer Kontakteinrichtung 19 gebildet, die in diesem Fall mit dem Leiter 15 verbunden ist. Die Kontakteinrichtung 19 weist einen Federring 20 und ein den Federring 20 umgebendes, ausgehärtetes Klebermaterial 2 1 auf. Das Klebermaterial 21 verbindet das Schleifringelement 1 8 mit dem Iso lierkörper 12 stoffschlüssig und dient im Wesentlichen der mechanischen Sicherung des Schleifringelements 1 8. Der Federring 20 ist in eine Umfangsnut 22 des Isolierkörpers 12 eingesetzt und elektrisch leitend mit dem Leiter 15 verbunden. Der Federring 20 bewirkt in der hier gezeigten Einbaulage die Ausübung einer Federkraft auf eine einer Bürstenkontaktoberfläche 23 gegenüberliegenden Leiterkontaktoberfläche 24 des Schleifringelements 1 8. Der Federring 20 ist so mit dem S chleifringelement 1 8 elektrisch leitend kontaktiert und das Schleifringelement 1 8 ist gegenüber der Rotationsachse 16 koaxial angeordnet. Eine Zusammenschau der Fig. 5 bis 7 zeigt eine Schleifringanordnung 25 mit Schleifvorrichtungen 26, wobei die S chleifringvorrichtungen 26 aus Schleifringelementen 27 und Kontakteinrichtungen 28 gebildet sind. Weiter umfasst, wie in Fig. 7 dargestellt, die Schleifringvorrichtung 26 ein ringförmiges Kontaktelement 29, welches als ein konventioneller Schleifring aus Kupfer ausgebildet ist. Zwischenliegend dem Schleifelement 27 und dem Kontaktelement 29 ist ein Wellenring 30 angeordnet, der sowohl auf das Kontaktelement 29 als auch auf das Schleifringelement 27 eine Federkraft ausübt und somit eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktelement 29 und dem Schleifringelement 27 ausbildet, wobei insbesondere das Schleifringelement 27 auf dem Kontaktelement 29 aufgrund des Wellenrings 30 kraftschlüssig fixiert wird. Die Kontaktelemente 29 sind jeweils unmittelbar mit Leitern 3 1 und 32 verbunden. Weiter sind die Kontaktelemente 29 in Umfangsnuten 33 und 34 in einem Iso lierkörper 35 aufgenommen. Eine Zusammenschau der Fig. 8 bis 10 zeigt eine Schleifringanordnung 36 mit Schleifringvorrichtungen 37, welche jeweils aus einem ringförmi- gen Schleifringelement 38 und einer Kontakteinrichtung 39 mit jeweils Wellenscheiben 40 und Leitern 41 und 42 gebildet sind. Die Schleifringelemente 38 sind jeweils in Umfangsnuten 43 und 44 eines Iso lierkörpers 45 angeordnet. Wie aus der näheren Darstellung in Fig. 10 zu ersehen ist, ist die Wellenscheibe 40 zwischenliegend einer Seitenfläche 46 der Umfangsnut 44 und einer Seitenfläche 47 des Schleifringselements 38 so angeordnet, dass die Wellenscheibe 40 eine Federkraft auf jeweils die Seitenflächen 46 bzw. 47 ausübt und eine elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Schleifringelement 38 und dem Leiter sicherstellt. Dabei ist die Wellenscheibe 40 an den Leiter 42 kontaktiert, der die Seitenfläche 46 der Umfangsnut 44 geringfügig überragt.