DE102012203098A1

DE102012203098A1 - Electrical machine e.g. universal motor has brush system equipped with filter for filtering abrasive particles, and air filter for circulating air to sliding contact connection of brushes and slip rings

Info

Publication number: DE102012203098A1
Application number: DE201210203098
Authority: DE
Inventors: Holger Fröhlich
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2013-04-04

Abstract

The electrical machine (1) has a brush system (2) and stationary brushes (4) electrically connected to slip rings (3) in sliding contact connection (6). A brush housing (7) surrounds the slip ring and the brushes. A closed air circulation and cooling device (8) is arranged in the brush housing. The brush system is equipped with a filter (10) for filtering abrasive particles (9). The sliding contact connection is cooled by air circulation using the air filter.

Description

Es wird eine elektrische Maschine mit Bürstensystem beschrieben, bei der das Bürstensystem rotierende Schleifringe und stationäre Bürsten aufweist, die elektrisch mit den Schleifringen in Schleifkontaktverbindung stehen. Ferner sind die Schleifringe und die Bürsten von einem Bürstengehäuse umgeben.An electrical brush system machine is described in which the brush system includes rotating slip rings and stationary brushes that are in sliding contact with the slip rings electrically. Furthermore, the slip rings and the brushes are surrounded by a brush housing.

Aus der Druckschrift DE 10 2006 000 315 A1 ist dazu ein Universalmotor mit einer Einrichtung zum Entfernen von Staub bekannt. Dieser Universalmotor weist zwei Kohlebürsten, die jeweils in einem Kommutierungsbereich einen Kommutator kontaktieren, eine Lüftungseinrichtung, mittels der ein Kühlstrom in einem Kühlstrompfad erzeugbar ist, und einen Staubschutz auf. Mittels des Staubschutzes sind Materialpartikel vom Kommutierungsbereich beabstandbar. Der Kommutierungsbereich weist in der bekannten Technik dazu ein Leitelement auf, mittels dem die Materialpartikel dem Kühlstrom zuleitbar sind. Dieses mindestens eine Leitelement ist zwischen den Kohlebürsten angeordnet und weist eine dem Kommutator zugewandte glatte, konkave Leitfläche auf, die sich benachbart zu einer Oberfläche des Kommutators erstreckt und zu einer Absaugöffnung hin gerichtet ist, die mit dem Kühlstrompfad verbunden ist.From the publication DE 10 2006 000 315 A1 For this purpose, a universal motor with a device for removing dust is known. This universal motor has two carbon brushes which each contact a commutator in a commutation region, a ventilation device, by means of which a cooling flow can be generated in a cooling flow path, and dust protection. By means of the dust protection material particles are spaced from the commutation. In the known technique, the commutation region has a guide element by means of which the material particles can be fed to the cooling flow. This at least one guide element is disposed between the carbon brushes and has a smooth, concave guide surface facing the commutator, which extends adjacent to a surface of the commutator and is directed towards a suction opening which is connected to the cooling flow path.

In der bekannten Ausführungsform wird Außenluft mittels des Kühlluftpfades über eine Schleifkontaktverbindung zwischen den zwei Bürsten und dem Kommutator rückgeführt und reißt entsprechende Abriebstoffe der Schleifkontaktverbindung mit dem Kühlluftstrom der elektrischen Maschine in den Innenraum der Maschine über die Rotorlagerungen, den Stator und die Rotorwicklungen sowie der Lüftungseinrichtung in Form eines Gebläses in die Außenluft der Umgebung. In the known embodiment, outside air is returned by means of the cooling air path via a sliding contact connection between the two brushes and the commutator and tears appropriate Abriebstoffe the sliding contact with the cooling air flow of the electric machine in the interior of the machine on the rotor bearings, the stator and the rotor windings and the ventilation device in Shape of a blower in the outside air of the environment.

Bei diesem Universalmotor werden die Abriebstoffe, feinste Kohlenstoffpartikel und feinste Partikel der Bindemittel, in die bewegten Teile der elektrischen Maschine, wie Lager, Rotor, Lüftungsgebläse, hineingetragen, so dass diese Komponenten in ihrer Funktion beeinträchtigt werden können und im Extremfall die Rotorlager verschmutzen und elektrisch leitende Belege Kriechströme ermöglichen, welche den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine vermindern. Außerdem besteht die Gefahr, dass in einer schmiermittel- und aerosolhaltigen Umgebung, wie in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs, die Wirksamkeit des Kommutators beeinträchtigt wird, da die aerosolhaltige Umgebungsluft im Motorraum eines Fahrzeugs über die Schleifkontaktverbindung bei dem bekannten Universalmotor strömt und die sich ausbildenden Schmierfilme die Schleifkontaktverbindung des Bürstensystems beeinträchtigen können.In this universal motor, the abrasives, finest carbon particles and the finest particles of the binder are carried into the moving parts of the electrical machine, such as bearings, rotor, ventilation fan, so that these components can be impaired in their function and in extreme cases pollute the rotor bearings and electrically conductive documents allow leakage currents, which reduce the efficiency of the electrical machine. In addition, there is a risk that in a lubricant and aerosol-containing environment, such as in an engine compartment of a motor vehicle, the effectiveness of the commutator is impaired, since the aerosol-containing ambient air flows in the engine compartment of a vehicle via the sliding contact in the known universal motor and the lubricating films forming the Can affect the sliding contact connection of the brush system.

Die aus dem Stand der Technik bekannte Paarung aus Kohlebürsten und Gegenlaufmaterial des Kommutators bildet eine Schleifkontaktverbindung und gleichzeitig eine Verschleißpartnerschaft. Die Kohlebürste soll verschleißen, das Gegenlaufmaterial soll möglichst nicht beschädigt werden. Der Verschleiß der Kohlebürste hängt dabei stark von den Betriebsbedingungen, wie Umlaufgeschwindigkeit, Umgebungsbedingungen und elektrische Belastung, ab. Abhängig vom verwendeten Kohlenbürstenwerkstoff sind die anfallenden Abriebstoffe in Form von Bürstenverschleißstoff mehr oder weniger anhaftend und leitfähig. Im Laufe der Betriebszeit verschlechtern sich so die Isolationseigenschaften erheblich. Dies kann zu Durchschlägen und Abbrand der Isolation führen. Ebenfalls kann das zu Fehlfunktionen oder Beschädigungen von anderen Teilen, insbesondere von elektrischen und elektronischen Komponenten, in der elektrischen Maschine führen.The known from the prior art mating carbon brushes and mating material of the commutator forms a sliding contact connection and at the same time a wear partnership. The carbon brush should wear, the mating material should not be damaged if possible. The wear of the carbon brush depends heavily on the operating conditions, such as rotational speed, environmental conditions and electrical load. Depending on the carbon brush material used, the resulting abrasives in the form of brush wear are more or less adhesive and conductive. Over the course of the operation, the insulation properties deteriorate considerably. This can lead to breakdowns and burning of the insulation. This can also lead to malfunction or damage to other parts, in particular of electrical and electronic components, in the electrical machine.

Selbst dünne Schichten des absetzenden Verschleißstaubs auf Isolatoren der im Kühlluftstrom der bekannten elektrischen Maschine mit Führung des Verschleißstaubs über eine Kühlluftführung durch die elektrische Maschine hindurch können in den stromabwärts angeordneten Komponenten den Isolationswiderstand erheblich herabsetzen. Verschmutzte Isolatoren sind eine Ursache für Überschläge und die Abriebstoffe in Verbindung mit Öl oder Feuchtigkeit können zu sich festfressenden Kohlebürsten führen. Auch sind die Abriebstoffe aus Graphit deutlich leitfähiger als Oxide von Metallleitern, so dass in Bezug auf die Absenkung des Isolationswiderstandes die Abriebstoffe von graphitischen Werkstoffen wie bei Kohlebürsten kritischer sind als die von metallischen Werkstoffen. Somit ergibt sich für Elektromaschinen nachteilig die Forderung einer regelmäßigen Wartung nach vorgegebenen Betriebszeitenintervallen, wobei die abgeschiedenen Abriebstoffe von den Komponenten der Elektromaschine zu entfernen sind. Derartige Wartungen sind zeit- und kostenintensiv, da fest anhaftende Abriebstoffe aus der Anordnung bzw. von den Oberflächen der Komponenten des Elektromotors vollständig entfernt werden müssen. Even thin layers of settling wear dust on insulators in the cooling air flow of the known electrical machine with leadership of the wear dust on a cooling air flow through the electric machine can significantly reduce the insulation resistance in the downstream components. Dirty insulators are a cause of flashovers and the abrasives associated with oil or moisture can result in seizure of carbon brushes. Also, the abrasives of graphite are much more conductive than oxides of metal conductors, so that in terms of lowering the insulation resistance, the abrasives of graphitic materials as in carbon brushes are more critical than those of metallic materials. Thus, it is disadvantageous for electric machines the requirement of regular maintenance after predetermined operating time intervals, the deposited abrasives are to be removed from the components of the electric machine. Such maintenance is time-consuming and costly, since firmly adhering abrasives from the assembly or from the surfaces of the components of the electric motor must be completely removed.

Ein weiteres Problem des bekannten Bürstensystems mit Abführung der Abriebstoffe über das Innere der elektrischen Maschine mithilfe des Kühlluftstromes ist, dass die Abriebstoffe in Bereiche eindringen können, die zwischen den Bürsten und dem Motorgebläse liegen, wie beispielsweise die Lagerungen des Rotors. Dabei können die Abriebstoffe der Kohlebürsten in die Wälzlager eindringen, das Fett der Wälzlager zersetzen und deren Lebensdauer reduzieren. Another problem of the known brush system with removal of the abrasives via the interior of the electric machine by means of the cooling air flow is that the abrasives can penetrate into areas that lie between the brush and the motor fan, such as the bearings of the rotor. The abrasives of the carbon brushes can penetrate into the bearings, decompose the fat of the bearings and reduce their life.

Ein anderes Problem ist, wenn austretendes Wälzlagerfett zu den Schleifringen wandert. Staub, Öle und fetthaltige Stoffe auf den Kohlebürsten oder auf den Schleifringlaufflächen haben nachteilige Auswirkungen. Unter Einwirkung der an der Bürstenlauffläche auftretenden Wärme zersetzt sich das am Schleifring haftende Öl. Hierbei verdunsten die flüchtigen Bestandteile, während schwere nicht flüssige Stoffe an den Unebenheiten der Schleifringe haften bleiben. Es entsteht ein Rückstand, der sich aus teerartigen Stoffen, Verschleißstaub der Kohlebürsten und Staub aus der Umgebung der Maschine zusammensetzt. Der Schmierbelag auf der Schleifringoberfläche bewirkt, dass sich der Übergangswiderstand zwischen dem Schleifring und der Kohlebürstenlauffläche vergrößert. Wenn der Schmierbelag zu dick wird, kann Bürstenfeuer auftreten, die Fettstoffe verkoken und verursachen eine Rippenbildung. In allen Fällen kommt es zu Anbrennungen und erhöhtem Kohlebürstenverschleiß, was zu einer verkürzten Lebensdauer des Elektromotors führen kann. Another problem is when leaking rolling bearing grease migrates to the slip rings. Dust, oils and greasy substances on the carbon brushes or on the slip ring treads have adverse effects. Under the action of the heat occurring on the brush surface, the oil adhering to the slip ring is decomposed. During this process, the volatiles evaporate, while heavy, non-liquid substances adhere to the unevenness of the slip rings. The result is a residue, which is composed of tarry substances, wear dust of carbon brushes and dust from the environment of the machine. The lubricating surface on the slip ring surface causes the contact resistance between the slip ring and the brush surface to increase. If the grease gets too thick, brushfire can occur, causing the grease to coke and causing ribbing. In all cases, it burns and increased brush wear, which can lead to a shortened life of the electric motor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den anfallenden Bürstenverschleißstaub zu sammeln, Verschmutzungen im Bürstensystem zu vermeiden, Wartungsintervalle zu verlängern und das Eindringen von Bürstenstaub in ein Rotorwellenlager zu verhindern. Eine weitere Aufgabe ist es, durch Kühlung von Schleifring und Bürstenoberfläche den Bürstenverschleiß zu verringern, zumal erhöhte Betriebstemperaturen zu erhöhtem Kohlebürstenverschleiß führen.The invention has for its object to collect the resulting brush wear dust, to avoid contamination in the brush system to extend maintenance intervals and to prevent the ingress of brush dust into a rotor shaft bearing. Another object is to reduce brush wear by cooling the slip ring and brush surface, especially since increased operating temperatures lead to increased carbon brush wear.

Gelöst wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden mit den abhängigen Ansprüchen offenbart.This object is achieved with the subject matter of claim 1. Advantageous developments of the invention are disclosed by the dependent claims.

Mit einer Ausführungsform der Erfindung wird eine elektrische Maschine mit Bürstensystem geschaffen. Die elektrische Maschine weist rotierende Schleifringe und stationäre Bürsten, die elektrisch mit den Schleifringen in Schleifkontaktverbindung stehen, auf. Ein Bürstengehäuse umgibt die Schleifringe und Bürsten. Innerhalb des umgebenden Bürstengehäuses ist eine geschlossene Luftzirkulations- und Kühlvorrichtung angeordnet, die eine Filtereinrichtung aufweist. Mithilfe der Filtereinrichtung sind Abriebstoffe der Schleifkontaktverbindung aus der Luftzirkulation herausfilterbar. Mittels der filtergereinigten Luft ist die Schleifkontaktverbindung kühlbar.With an embodiment of the invention, an electric machine with brush system is provided. The electric machine has rotating slip rings and stationary brushes that are in sliding contact with the slip rings electrically. A brush housing surrounds the slip rings and brushes. Within the surrounding brush housing a closed air circulation and cooling device is arranged, which has a filter device. By means of the filter device, abrasives of the sliding contact connection can be filtered out of the air circulation. By means of filter-cleaned air, the sliding contact connection can be cooled.

Mit dieser elektrischen Maschine, die ein erfindungsgemäßes Bürstensystem aufweist, werden die Abriebstoffe der Schleifkontaktverbindung gesammelt und Verschmutzungen im Bürstensystem vermieden. Eine Wartung wegen des Bürstensystems entfällt und wird durch einen einfachen Filterwechsel ersetzt. Das Eindringen von Abriebstoffen wie Bürstenstaub in Wälzlager der elektrischen Maschine bzw. des Rotors der elektrischen Maschine werden verhindert. Zusätzlich wird durch die Filterung und Rückführung der gefilterten Luft ein Kühlen der Schleifringe und der Bürstenoberflächen erreicht und damit der Verschleiß in der Schleifkontaktverbindung verringert, da erhöhte Betriebstemperaturen der Schleifringe, welche zu erhöhtem Kohlebürstenverschleiß führen würden, vermieden werden.With this electric machine, which has a brush system according to the invention, the abrasives of the sliding contact connection are collected and soiling in the brush system is avoided. Maintenance due to the brush system is eliminated and is replaced by a simple filter change. The penetration of abrasives such as brush dust in rolling bearings of the electric machine or the rotor of the electric machine are prevented. In addition, filtering and recycling of the filtered air achieves cooling of the slip rings and brush surfaces, thereby reducing wear in the wiper connection, as increased slip ring operating temperatures which would result in increased carbon brush wear are avoided.

In einer Ausführungsform der Erfindung ragt eine Rotorwelle mit einem Rotorwellenabschnitt in das Bürstengehäuse hinein, wobei auf dem Rotorwellenabschnitt in dem Bürstengehäuse die Schleifringe angeordnet sind. Eine Radialradscheibe mit Radialgebläseschaufeln eines Radialgebläses sind auf der Rotorwelle angeordnet. Damit ist der Vorteil verbunden, dass die Radialradscheibe das Bürstengehäuse von einem ersten Wälzlager der Lagerung der Rotorwelle trennt. Die Radialradscheibe bildet somit eine rotierende Trennwand zu den übrigen Komponenten der elektrischen Maschine, wie Rotorlager, Rotor, Stator und Gehäuse. Die auf der Radialradscheibe angeordneten Radialgebläseschaufeln eines Radialgebläses sind hingegen axial zu der Schleifkontaktverbindung ausgerichtet, so dass Abriebstoffe der Schleifkontaktverbindung in einem Nabenbereich des Radialgebläses den Radialradscheiben durch Sogwirkung zugeführt werden und mit dem Luftstrom die Abriebstoffe der Schleifkontaktverbindung über einen Druckauslass des Radialgebläses und über einen den Druckauslass spiralförmig umgebenden Druckraum in einen Filtereinlass der Filtereinrichtung strömen.In one embodiment of the invention, a rotor shaft protrudes into the brush housing with a rotor shaft section, wherein the slip rings are arranged on the rotor shaft section in the brush housing. A Radialradscheibe with radial fan blades of a radial fan are arranged on the rotor shaft. This has the advantage that the Radialradscheibe separates the brush housing from a first bearing of the bearing of the rotor shaft. The Radialradscheibe thus forms a rotating partition to the other components of the electric machine, such as rotor bearings, rotor, stator and housing. The arranged on the Radialradscheibe radial fan blades of a radial fan, however, are aligned axially to the sliding contact, so that abrasives of the sliding contact in a hub region of the radial fan Radialradscheiben be supplied by suction and with the air flow, the abrasives of the sliding contact via a pressure outlet of the radial fan and a pressure outlet flowing spirally surrounding pressure space in a filter inlet of the filter device.

Das Radialgebläse kann dabei rückwärts gekrümmte oder rückwärts geneigte oder als radial endende Radialgebläseschaufeln aufweisen. Die Art der Krümmung der Radialgebläseschaufeln richtet sich nach der Wirksamkeit in Bezug auf die Luftzirkulation, die durch einen hohen Druckverlust bei einer Filtrationsabscheidung beeinflusst ist. Dabei wird zwischen Laufrädern mit in Laufrichtung vorwärts gekrümmten Schaufeln und Laufrädern mit rückwärts gekrümmten Schaufeln unterschieden. Vorwärtsgekrümmte Schaufeln erlauben eine stärkere Umlenkung der Luftströmung und erreichen so eine höhere Energieumsetzung. Jedoch hat die austretende Luft einen höheren Drall. Dieser Drall muss in einem nachfolgenden Leitapparat in Druck umgesetzt werden. Die erfindungsgemäß eingesetzten rückwärts gekrümmten oder geneigten Schaufeln erreichen einen nicht ganz so hohen bauraumbezogenen Energieumsetzungsgrad, jedoch baut sich der Druck bei dieser Anordnung bereits weitgehend im Laufrad selbst auf. Bei rückwärts gekrümmten Schaufeln ist der Schaufelaustrittswinkel kleiner als 30°. Radialgebläse mit rückwärts geneigten geraden Schaufeln sind geeignet für Gase mit groben, trockenen Materialteilchen. Der Schaufelaustrittswinkel liegt bei rückwärts geneigten geraden Schaufeln bei 40° bis 60°. Radialräder mit radial endenden Schaufeln dienen hauptsächlich wegen ihrer geringen Verkrustungsgefahr zur Förderung von staubstoffbelasteten Gasen, wie es hier bei den Abriebstoffen der Fall ist. Der Schaufelaustrittswinkel liegt bei radial endenden Radialgebläseschaufeln bei 75° bis 90°.The radial fan may have backward or backward inclined or radially ending radial fan blades. The type of curvature of the radial fan blades depends on the effectiveness in terms of air circulation, which is influenced by a high pressure drop in a filtration separation. A distinction is made between wheels with forward curved blades in the direction and wheels with backward curved blades. Forward curved blades allow a stronger deflection of the air flow and thus achieve a higher energy conversion. However, the escaping air has a higher twist. This swirl must be converted into pressure in a downstream diffuser. The inventively used backward curved or inclined blades reach a not so high space-related Energieumsetzungsgrad, but the pressure in this arrangement already largely builds up in the impeller itself. For backward curved blades, the blade exit angle is less than 30 °. Radial fans with backward inclined straight blades are suitable for gases with coarse, dry material particles. The blade exit angle is at 40 ° to 60 ° with backward inclined straight blades. Radial wheels with radially ending blades are mainly used because of their low risk of encrustation to promote dust-laden gases, as is the case here with the abrasives. The blade outlet angle is at 75 ° to 90 ° at radially ending radial fan blades.

Die Abriebstoffe der Schleifkontaktverbindung enthalten Partikel verschiedener Korngrößen aus Rohmaterial und Binder. Im Wesentlichen bestehen die Körner aus Elektrographit, Graphit und Kohlenstoffgraphitwerkstoffen unterschiedlicher Körnung. Der relative Anteil unterschiedlicher Körnungen hängt vom eingesetzten Werkstoff ab. Außerdem wird die Kornverteilung auch durch die Betriebsbedingungen beeinflusst. Bei hoher Umfangsgeschwindigkeit und niedriger elektrischer Belastung dominiert der mechanische Faktor und es entstehen größere Partikel. Bei niedrigen Umfangsgeschwindigkeiten und hoher elektrischer Belastung dominiert der elektrische Einfluss und es entstehen kleinere Partikel. Im Allgemeinen sind etwa 80% des Elektrographitstaubes kleiner als 6 μm (Mikrometer), so dass sich der Elektrographitstaub aus ultrafeinem Staub zwischen 5 μm und 20 μm und feinem Staub zwischen 60 μm und 90 μm zusammensetzt. Die Korngröße wiederum ist entscheidend für die Auswahl geeigneter Filtermaterialien und die Struktur eines entsprechenden Filters. The abrasives of the sliding contact compound contain particles of different particle sizes of raw material and binder. Essentially, the grains consist of electrographite, graphite and carbon graphite materials of different grain sizes. The relative proportion of different grain sizes depends on the material used. In addition, the grain distribution is also influenced by the operating conditions. At high peripheral speed and low electrical load, the mechanical factor dominates and larger particles are formed. At low peripheral speeds and high electrical load, the electrical influence dominates and smaller particles are formed. In general, about 80% of the electro-graphite dust is smaller than 6 μm (microns), so that the electro-graphite dust is composed of ultrafine dust between 5 μm and 20 μm and fine dust between 60 μm and 90 μm. The grain size, in turn, is crucial for the selection of suitable filter materials and the structure of a corresponding filter.

Die Filtereinrichtung realisiert die Partikelfilterung durch einen Siebeffekt, einen Sperreffekt, eine Diffusionsabscheidung, eine Trägheitsabscheidung, eine elektrostatische Anziehung oder Kombinationen dieser Filtermechanismen.The filter device realizes the particle filtering by a sieving effect, a barrier effect, a diffusion deposition, an inertial separation, an electrostatic attraction or combinations of these filter mechanisms.

Dabei ist zu berücksichtigen, dass Stäube graphitischer Werkstoffe häufig schmierig bis fettig und gut haftend sind. Während Stäube mit einem höheren metallischen Werkstoffanteil eher trocken und weniger haftend sind. Beim Abscheiden von Abriebstoffen der Schleifkontaktverbindung aus der Luftzirkulation kann darüber hinaus festgestellt werden, dass je feiner die Teilchen sind, desto leichter der Transport mit der Strömung erfolgt. Der Abscheideeffekt aus der Zirkulation ist für Graphitstäube gering.It should be noted that dusts of graphitic materials are often greasy to greasy and well-adhering. While dusts with a higher proportion of metallic material tend to be dry and less adhesive. Moreover, when separating abrasives from the sliding contact compound from the air circulation, it can be said that the finer the particles, the easier the transport with the flow. The separation effect from the circulation is low for graphite dusts.

Da der Abscheideeffekt aus einer Zirkulation bei feinsten Teilchen gering ist, sind die bevorzugten Ausführungsformen mit elektrostatischen oder mechanischen Filtern ausgestattet. Da die Partikel der Abriebstoffe zu 80% eine mittlere Korngröße von 6 μm aufweisen, wird in einer Ausführungsform der Erfindung in vorteilhafter Weise ein elektrostatischer Filter eingesetzt. Ein derartiger elektrostatischer Filter weist elektrostatisch aufgeladene Fasern auf und hat den Vorteil, dass der Druckverlust bei dem Filtervorgang gegenüber den oben vorgestellten mechanischen Filtern deutlich geringer ist. Außerdem wird die Luft bei der Luftzirkulation nicht nur durch die Anordnung der Filter und kühlenden Innenflächen des Bürstengehäuses in vorteilhafter Weise gekühlt, sondern bereits in dem spiralförmigen Druckraum, in dem eine Wandung des spiralförmigen Druckraumes durch das gekühlte Lagerschild der elektrischen Maschine gebildet wird, wobei an dem Lagerschild das Bürstengehäuse mit dem spiralförmigen Druckraum mediendicht angebracht ist. Außerdem hat diese Anordnung den Vorteil, dass das Bürstengehäuse direkt an das Lagerschild unter Ausbildung eines spiralförmigen Druckraums angeflanscht werden kann. Since the precipitation effect from circulation of fine particles is low, the preferred embodiments are equipped with electrostatic or mechanical filters. Since the particles of the abrasives 80% have a mean particle size of 6 microns, in one embodiment of the invention advantageously an electrostatic filter is used. Such an electrostatic filter has electrostatically charged fibers and has the advantage that the pressure loss in the filtering process compared to the above-presented mechanical filters is significantly lower. In addition, the air is cooled in the air circulation not only by the arrangement of the filter and cooling inner surfaces of the brush housing in an advantageous manner, but already in the spiral pressure space in which a wall of the spiral pressure space is formed by the cooled bearing plate of the electric machine, where the shield plate, the brush housing with the spiral pressure chamber is mounted media-tight. In addition, this arrangement has the advantage that the brush housing can be flanged directly to the bearing plate to form a spiral pressure chamber.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, als Filter der Filtereinrichtung einen Hohlzylinder aus Filtermaterial einzusetzen. Ein zylindrischer Innenraum des Filters ist dazu mit dem Druckraum strömungstechnisch verbunden und ein Raum außerhalb des Hohlzylinders, im Prinzip der Innenraum des Bürstengehäuses, ist mit der Schleifkontaktverbindung strömungstechnisch verbunden und weist die gefilterte Luft auf. Im Innenraum des Hohlzylinders sammeln sich die herausgefilterten Partikel. Sie bilden teilweise eine Beschichtung, wodurch der Druckabfall durch den Filter vergrößert wird. Durch die Vibrationen, denen eine elektrische Maschine ausgesetzt ist, kann eine sich bildende Oberflächenschicht aus abgeschiedenen Partikeln abgerieselt und in einem Auffangbehälter gesammelt werden, wenn die Achse des Hohlzylinders senkrecht in dem Bürstengehäuse ausgerichtet ist.In a further embodiment of the invention, it is provided to use a hollow cylinder of filter material as a filter of the filter device. A cylindrical interior of the filter is fluidly connected to the pressure chamber and a space outside the hollow cylinder, in principle, the interior of the brush housing is fluidly connected to the sliding contact connection and has the filtered air. Inside the hollow cylinder, the filtered out particles collect. They form part of a coating, whereby the pressure drop through the filter is increased. By the vibrations to which an electric machine is exposed, a forming surface layer of deposited particles may be drizzled and collected in a catch tank when the axis of the hollow cylinder is vertically aligned in the brush housing.

Je mehr Abriebstoffe sich auf den Oberflächen des Filtermaterials abscheiden, umso mehr steigt der Druckverlust, weil sich die Durchlässigkeit des mechanischen Durchgangsfilters vermindert. Beim Erreichen eines maximalen Druckverlustes oder in festgelegten Zeitabständen wird deshalb ein Abreinigen der gebildeten Staubschicht oder ein Ersetzen des Filters durch einen neuen Filter durchgeführt. Dabei bestimmen die Eigenschaften des Staubes maßgeblich die Staubabscheidung. Eine praktische Auslegung von Wartungsintervallen ist dabei lediglich empirisch über eine so genannte Filterflächenbelastung möglich.The more abrasives deposit on the surfaces of the filter material, the more the pressure loss increases because the permeability of the mechanical passage filter decreases. When reaching a maximum pressure loss or at fixed intervals, therefore, a cleaning of the dust layer formed or a replacement of the filter is performed by a new filter. The properties of the dust significantly determine the dust separation. A practical interpretation of maintenance intervals is possible only empirically about a so-called filter surface load.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als ein Filter der Filtereinrichtung eine Filterscheibe aus Filtermaterial eingesetzt, in der ein spiralförmiger Kanal angeordnet ist, dessen Einlass in einem Außenrandbereich der Filterscheibe angeordnet ist und mit dem Druckraum strömungstechnisch in Verbindung steht. Die abriebhaltige Luft wird dann von dem Einlass in dem spiralförmigen Kanal zu einem zentralen Auslass geführt und dabei gefiltert, wobei durch die spiralförmigen Kanäle eine zentrifugale Beschleunigung der Partikel der Abriebstoffe der Schleifkontaktverbindung eintritt, so dass am zentralen Auslass, der mit der Schleifkontaktverbindung strömungstechnisch in Verbindung steht, ein von Abriebstoffen und Partikeln befreiter Luftstrom zur Verfügung steht. Dieser gereinigte Luftstrom, der über die Schleifkontaktverbindung geführt wird, sorgt gleichzeitig für eine entsprechende Kühlung der Schleifkontaktverbindung. Dazu wird in vorteilhafter Weise die Filterscheibe der Filtereinrichtung auf einer Gehäuseabdeckung des Bürstengehäuses angeordnet.In a further embodiment of the invention, a filter disk of filter material is used as a filter of the filter device, in which a spiral channel is arranged, the inlet is arranged in an outer edge region of the filter disk and communicates fluidly with the pressure chamber. The abrasive air is then guided from the inlet in the spiral channel to a central outlet and thereby filtered, whereby centrifugally accelerating the particles of the abrasives of the sliding contact connection occurs through the spiral channels so that at the central outlet fluidly communicating with the sliding contact connection stands, a freed of abrasives and particles airflow is available. This purified air stream, which is guided over the sliding contact connection, at the same time ensures a corresponding cooling of the sliding contact connection. For this purpose, the filter disk of the filter device is advantageously arranged on a housing cover of the brush housing.

Weiterhin kann der Filter der Filtereinrichtung einen zylindrischen Filterring aus Filtermaterial aufweisen. Die abriebhaltige Luft wird innerhalb des Filterringes entlang einer inneren Mantelfläche des Filtermaterials über einen schraubenförmigen Kanal zugeführt. Ein Einlass des schraubenförmigen Kanals ist dabei mit dem Druckraum des Radialgebläses strömungstechnisch verbunden und ein Auslass des schraubenförmigen Kanals steht strömungstechnisch mit der Schleifkontaktverbindung über den Innenraum des Bürstengehäuses in Verbindung. Durch die Anordnung des Filterringes an einer inneren Mantelfläche eines topfförmigen Bürstengehäuses wird gleichzeitig die zirkulierende Luft intensiv gekühlt, so dass nach Durchströmen der schraubenförmigen Kanäle nicht nur eine gefilterte Luft zur Verfügung steht, sondern zusätzlich eine gekühlte Luft der Schleifkontaktverbindung zugeführt werden kann.Furthermore, the filter of the filter device may comprise a cylindrical filter ring of filter material. The abrasive air is supplied within the filter ring along an inner surface of the filter material via a helical channel. An inlet of the helical channel is fluidly connected to the pressure chamber of the radial fan and an outlet of the helical channel communicates fluidly with the sliding contact connection via the interior of the brush housing. The arrangement of the filter ring on an inner circumferential surface of a pot-shaped brush housing at the same time the circulating air is cooled intensively, so that not only a filtered air is available after flowing through the helical channels, but in addition a cooled air of the sliding contact connection can be supplied.

Außerdem bildet das stationäre Lagerschild mit der rotierenden Radialradscheibe eine begrenzende Wand zu dem Antriebsbereich der elektrischen Maschine. Dazu ist zwischen der rotierenden Radialradscheibe und dem Lagerschild eine Labyrinthdichtung angeordnet. In addition, the stationary bearing plate forms with the rotating Radialradscheibe a limiting wall to the drive region of the electric machine. For this purpose, a labyrinth seal is arranged between the rotating Radialradscheibe and the bearing plate.

Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying figures.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich einer elektrischen Maschine mit einem Bürstensystem gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 1 shows a schematic cross section through a portion of an electric machine with a brush system according to a first embodiment of the invention;

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich einer elektrischen Maschine mit einem Bürstensystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. 2 shows a schematic cross section through a portion of an electric machine with a brush system according to a second embodiment of the invention.

3 zeigt eine schematische Ansicht eines Teilbereichs einer elektrischen Maschine gemäß 2; 3 shows a schematic view of a portion of an electric machine according to 2 ;

4 zeigt eine schematische perspektivische Vorderansicht des Bürstensystems gemäß 2; 4 shows a schematic front perspective view of the brush system according to 2 ;

5 zeigt eine schematische perspektivische Rückansicht des Bürstensystems gemäß 2; 5 shows a schematic perspective rear view of the brush system according to 2 ;

6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich einer elektrischen Maschine mit einem Bürstensystem gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; 6 shows a schematic cross section through a portion of an electric machine with a brush system according to a third embodiment of the invention;

7 zeigt eine schematische Ansicht eines Bürstengehäuses bei entfernter Bürstengehäuseabdeckung; 7 shows a schematic view of a brush housing with removed brush housing cover;

8 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Filterscheibe mit spiralförmigem Kanal; 8th shows a schematic perspective view of a filter disc with spiral channel;

9 zeigt eine schematische Draufsicht gemäß 8 mit Kanaltaschen in der Filterscheibe; 9 shows a schematic plan view according to 8th with channel pockets in the filter disc;

10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich einer elektrischen Maschine mit einem Bürstensystem gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; 10 shows a schematic cross section through a portion of an electric machine with a brush system according to a fourth embodiment of the invention;

11 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Filterringes mit einem schraubenförmigen Kanal; 11 shows a schematic perspective view of a filter ring with a helical channel;

12 zeigt einen teilweise quer geschnittenen Filterring mit schraubenförmigem Kanal. 12 shows a partially transversely cut filter ring with helical channel.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich einer elektrischen Maschine 1 mit einem Bürstensystem 2 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Bürstensystem 2 ist auf einem Rotorwellenabschnitt 12 einer Rotorwelle 11 angeordnet, die über ein Rotorlager 17 hinausragt. Dazu ist auf dem Rotorwellenabschnitt 12 mindestens ein Schleifring 3 angeordnet, der in dieser Ausführungsform der Erfindung mit einer stationären Bürste 4 in Schleifkontaktverbindung 6 steht. Die Schleifkontaktverbindung 6 ist von einem zylindrischen Ansatz 39 eines Bürstengehäuses 7 umgeben, wobei durch den zylindrischen Ansatz 39 die eine stationäre Bürste hindurchragt, um die Schleifkontaktverbindung 6 zu bilden. Der zylindrische Ansatz 39 bildet einen engen Ringspalt 40 aus, der den Schleifring 3 umgibt, so dass die Strömungsgeschwindigkeit einer Luftzirkulationsluft mit ihrer Strömungsrichtung 48 in diesem Bereich am größten ist. Der Ringspalt 40 steht strömungstechnisch in Verbindung mit einem Nabenbereich 19 eines Radialgebläses 15, das eine Radialradscheibe 13 aufweist, welche das Rotorlager 17 von dem Bürstengehäuse 7 abschirmt. 1 shows a schematic cross section through a portion of an electric machine 1 with a brush system 2 according to a first embodiment of the invention. The brush system 2 is on a rotor shaft section 12 a rotor shaft 11 arranged over a rotor bearing 17 protrudes. This is on the rotor shaft section 12 at least one slip ring 3 arranged in this embodiment of the invention with a stationary brush 4 in sliding contact connection 6 stands. The sliding contact connection 6 is from a cylindrical approach 39 a brush housing 7 surrounded by the cylindrical approach 39 which protrudes a stationary brush to the sliding contact connection 6 to build. The cylindrical approach 39 forms a narrow annular gap 40 out, the slip ring 3 surrounds, so the flow rate of air circulation air with its flow direction 48 is greatest in this area. The annular gap 40 is fluidically connected to a hub area 19 a radial fan 15 that is a radial disc 13 which has the rotor bearing 17 from the brush housing 7 shields.

Dazu kann die Radialradscheibe 13 mit der Rotorwelle 11 kraftschlüssig, stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden sein. Die Radialradscheibe 13 trägt Radialgebläseschaufeln 14, deren Form und Wirkung bereits oben beschrieben wurden, wobei die Radialgebläseschaufeln 14 mit ihrem Saugeinlass 18 in einem Nabenbereich 19 des Radialgebläses 15 die mit Abriebstoffen 9 beladene Luft am Druckauslass 20 des Radialgebläses 15 in ein Verbindungsstück 41 mit einem elektrostatischen Filter 34 bläst. In dem Filter 34 sind elektrostatisch aufgeladene Fasern angeordnet, an deren Oberflächen sich staubförmige Partikel aus den Abriebstoffen anlagern. Der elektrostatische Filter 34 benutzt elektrostatische Effekte, um einen hohen Wirkungsgrad bei niedrigen Luftströmungswiderständen zu erreichen. Der Druckverlust bildet sich bei dem elektrostatischen Filter 34 in der Regel langsamer als bei einem mechanischen Filter mit einer vergleichbaren Abscheideleistung aus. This can be the Radialradscheibe 13 with the rotor shaft 11 be connected non-positively, cohesively or positively. The radial disc 13 carries radial fan blades 14 whose shape and effect have already been described above, wherein the radial fan blades 14 with her suction inlet 18 in a hub area 19 of the radial fan 15 those with abrasives 9 laden air at the pressure outlet 20 of the radial fan 15 in a connector 41 with an electrostatic filter 34 blows. By doing filter 34 Electrostatically charged fibers are arranged on the surfaces of dust-like particles from the abrasives accumulate. The electrostatic filter 34 uses electrostatic effects to achieve high efficiency at low airflow resistances. The pressure loss forms in the electrostatic filter 34 usually slower than with a mechanical filter with a comparable separation efficiency.

Die Fasern werden während des Herstellungsprozesses elektrostatisch aufgeladen und mit zunehmender Partikelbeladung wird die elektrische Ladung neutralisiert, wodurch sich die Abscheideleistung des elektrostatischen Filters 34 allmählich verringert. Das Filtermaterial kann zu 100% aus synthetischen, elektrisch geladenen Fasern, so genannten Elektriten, bestehen. Sie ermöglichen eine Tiefenspeicherung mit hoher Partikelabscheidung bei niedrigem Druckverlust, anders als bei rein mechanischen Durchgangsfiltern. The fibers are electrostatically charged during the manufacturing process and with increasing particle loading, the electrical charge is neutralized, thereby increasing the separation efficiency of the electrostatic filter 34 gradually reduced. The filter material may consist of 100% synthetic, electrically charged fibers, called electrons. They allow deep storage with high particle separation at low pressure loss, unlike purely mechanical passage filters.

Das synthetische Material ist relativ robust und zugleich resistent gegen Feuchtigkeit und gebräuchliche Chemikalien sowie gegen Faserverlust. Eine weitere Form des elektrostatischen Filters weist anstelle der Fasern feinste Polypropylen-Härchen auf, die durch das Vorbeiströmen der Luft elektrostatisch aufgeladen werden und auf diese Weise die Staubpartikel auf natürliche Weise an sich binden können. Diese Art der elektrostatischen Filter werden auch Flimmerfilter genannt und zeichnen sich durch einen extrem hohen Staub- und Partikelabscheidungsgrad aus. Ein Zusetzen der Filterkörper im herkömmlichen Sinne wie bei mechanischen Filtern ist praktisch nicht gegeben, so dass eine lange Betriebszeit ohne Filterwechsel möglich ist. Während der Betriebszeit kann ein minimaler Druckverlust auftreten. Außerdem zeigt 1, dass der Raumbedarf für den elektrostatischen Filter 34 bei gleicher Filtrationswirkung wie mechanischen Durchgangsfiltern relativ gering ist.The synthetic material is relatively robust and at the same time resistant to moisture and common chemicals as well as to fiber loss. Another form of the electrostatic filter has instead of the fibers finest polypropylene hairs that are electrostatically charged by flowing past the air and in this way can naturally bind the dust particles to itself. This type of electrostatic filters are also called flicker filters and are characterized by an extremely high dust and Partikelabscheidungsgrad. Clogging of the filter body in the conventional sense as in mechanical filters is practically not given, so that a long operating time without filter change is possible. During operation, a minimal pressure loss can occur. Also shows 1 that the space requirement for the electrostatic filter 34 with the same filtration effect as mechanical passage filters is relatively low.

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich einer elektrischen Maschine 1 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 1 werden in 2 und den nachfolgenden Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. 2 shows a schematic cross section through a portion of an electric machine 1 a second embodiment of the invention. Components with the same functions as in 1 be in 2 and the following figures with the same reference numerals and not discussed separately.

Der Unterschied der zweiten Ausführungsform der Erfindung zu den vorhergehenden Ausführungsformen besteht im Wesentlichen darin, dass nun ein Hohlzylinder 28 aus Filtermaterial in dem Bürstengehäuse 7 angeordnet ist, welcher ein Verbindungsstück 41 mit einem Sammelbereich 42 verbindet und dafür sorgt, dass eine Luftzirkulationsvorrichtung 8 gefilterte und gekühlte Luft dem Innenraum 43 des Bürstengehäuses 7 und damit dem Ringspalt 40 zuführt. Die Anordnung der rotierenden Radialradscheibe 13 und des stationären Lagerschilds 16 bleiben gegenüber der ersten Ausführungsform unverändert.The difference between the second embodiment of the invention and the previous embodiments is essentially that now a hollow cylinder 28 made of filter material in the brush housing 7 is arranged, which is a connector 41 with a collection area 42 connects and ensures that an air circulation device 8th filtered and cooled air the interior 43 of the brush housing 7 and thus the annular gap 40 supplies. The arrangement of the rotating Radialradscheibe 13 and the stationary bearing plate 16 remain unchanged from the first embodiment.

3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Teilbereichs einer elektrischen Maschine 1 mit dem Bürstensystem 2 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Dabei ist die Gehäuseabdeckung für das Bürstengehäuse 7 entfernt, so dass der Rotorwellenabschnitt 12 sichtbar wird, der von einem zylindrischen Ansatz 39 umgeben ist. Zwischen dem zylindrischen Ansatz 39 und dem Rotorwellenabschnitt 12 ist ein Ringspalt 40 ausgebildet, in dem die Schleifkontaktverbindungen der Bürsten 4 und 5 zu den Schleifringen 3 angeordnet sind, wobei durch diesen Ringspalt 40 Luft des Luftzirkulationssystems mit hoher Strömungsgeschwindigkeit fließt und Abriebstoffe der Schleifkontaktverbindung mitreißt. 3 shows a schematic perspective view of a portion of an electrical machine 1 with the brush system 2 according to the second embodiment of the invention. In this case, the housing cover for the brush housing 7 removed, leaving the rotor shaft section 12 becomes visible, that of a cylindrical approach 39 is surrounded. Between the cylindrical approach 39 and the rotor shaft portion 12 is an annular gap 40 formed in which the sliding contact connections of the brush 4 and 5 to the slip rings 3 are arranged, through this annular gap 40 Air of the air circulation system flows at a high flow velocity and entrains abrasives of the sliding contact connection.

Das sich bildende Aerosol aus Luft und Partikeln der Abriebstoffe wird mithilfe des Radialgebläses 15 in ein Spiralgehäuse 35 zentrifugal beschleunigt, wobei ein Druckraum 21 des Spiralgehäuses 35 in ein Verbindungsstück 41 übergeht, an das sich ein mechanischer Abreinigungsfilter in Form des Hohlzylinders 28 anschließt. Der Hohlzylinder 28 besteht aus Filtermaterial, wobei die abriebhaltige Luft in einem zylindrischen Innenraum 29 des Hohlzylinders 28 eingeführt wird und durch das Filtermaterial des Hohlzylinders 28 hindurch in den Innenraum 43 des Bürstengehäuses 7 gedrückt wird. Dieser Vorgang wird unterstützt durch die Sogwirkung des Ventilators, welcher nabenseitig im Innenraum 43 einen Unterdruck erzeugt. Durch die relativ vertikale Anordnung des Hohlzylinders 28 können durch die Vibrationen des Elektromotors oder durch Vibrationen, die beim Gebrauch des Elektromotors in einem Fahrzeug auftreten, abgeschiedene Beschichtungen abgeschüttelt und in einem unteren Sammelbereich 42 gesammelt und entnommen werden. Gleichzeitig dient die Entnahmeöffnung auch dem Filterwechsel. In dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung sind zwei Bürsten 4 und 5 in entsprechenden Bürstenhaltern 44 und 45 vorgesehen.The forming aerosol of air and particles of the abrasives is using the radial fan 15 in a spiral housing 35 centrifugally accelerated, with a pressure chamber 21 of the volute casing 35 in a connector 41 passes to which a mechanical cleaning filter in the form of the hollow cylinder 28 followed. The hollow cylinder 28 consists of filter material, with the abrasive air in a cylindrical interior 29 of the hollow cylinder 28 is introduced and through the filter material of the hollow cylinder 28 through into the interior 43 of the brush housing 7 is pressed. This process is supported by the suction effect of the fan, which hub side in the interior 43 generates a negative pressure. Due to the relatively vertical arrangement of the hollow cylinder 28 may be shed by the vibrations of the electric motor or by vibrations that occur in a vehicle during use of the electric motor deposited coatings and in a lower collection area 42 collected and removed. At the same time the removal opening also serves the filter change. In this second embodiment of the invention are two brushes 4 and 5 in appropriate brush holders 44 and 45 intended.

4 zeigt eine schematische perspektivische Vorderansicht des Bürstensystems 2 gemäß 3 bei entferntem Gehäusedeckel des Bürstengehäuses 7. Von dem Hohlzylinder 28 aus Filtermaterial wird gefilterte Luft in den Innenraum 43 des Filtergehäuses 7 abgegeben, die mithilfe des in 3 gezeigten Radialgebläses in den Ringspalt 40 zwischen dem zylindrischen Ansatz 39 und den Schleifringen 3 mit hoher Strömungsgeschwindigkeit eingezogen wird. Der Hohlzylinder 28 aus Filtermaterial ist zwischen einem Verbindungsstück 41 zum hier nicht gezeigten Druckraum und dem Sammelbereich 42 für die abgefilterten Abriebstoffe angeordnet. 4 shows a schematic front perspective view of the brush system 2 according to 3 when the housing cover of the brush housing is removed 7 , From the hollow cylinder 28 Filter material filters filtered air into the interior 43 of the filter housing 7 delivered using the in 3 Radial blower shown in the annular gap 40 between the cylindrical approach 39 and the slip rings 3 is drawn in at a high flow rate. The hollow cylinder 28 Filter material is between a connector 41 to the pressure chamber and the collecting area not shown here 42 arranged for the filtered off abrasives.

5 zeigt eine schematische perspektivische Rückansicht des Bürstensystems gemäß 3, wobei die Rotorwelle 11 aus der Rückseite des Bürstengehäuses 7 herausragt und einen Fixierring 46 aufweist, der die Radialradscheibe 13 auf der Rotorwelle fixiert. Die Radialradscheibe 13 rotiert mit der Rotorwelle 11 in dem Spiralgehäuse 35, das mit dem Druckauslass 20 des Radialgebläses 15 zusammenwirkt. Die Radialradscheibe 13 trägt Radialgebläseschaufeln 14. Das Spiralgehäuse 35 weist den Druckraum 21 auf, in dem sich ein entsprechend hoher Luftdruck ausbildet, der die abriebhaltige Luft über das Verbindungsstück 41 mit dem in 4 gezeigten Innenraum 29 des Hohlzylinder 28 aus Filtermaterial zuführt. 5 shows a schematic perspective rear view of the brush system according to 3 , wherein the rotor shaft 11 from the back of the brush housing 7 protrudes and a fixing ring 46 comprising the Radialradscheibe 13 fixed on the rotor shaft. The radial disc 13 rotates with the rotor shaft 11 in the spiral housing 35 that with the pressure outlet 20 of the radial fan 15 interacts. The radial disc 13 carries radial fan blades 14 , The spiral housing 35 indicates the pressure chamber 21 in which forms a correspondingly high air pressure, the abrasive air through the connector 41 with the in 4 shown interior 29 of the hollow cylinder 28 from filter material supplies.

6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich einer elektrischen Maschine 1 mit einem Bürstensystem 2 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Das Bürstensystem 2 ist auf einem Rotorwellenabschnitt 12 einer Rotorwelle 11 angeordnet, die über ein Rotorlager 17 hinausragt. Dazu ist auf dem Rotorwellenabschnitt 12 mindestens ein Schleifring 3 angeordnet, der in dieser Ausführungsform der Erfindung mit einer stationären Bürste 4 in Schleifkontaktverbindung 6 steht. Die Schleifkontaktverbindung 6 ist von einem zylindrischen Ansatz 39 eines Bürstengehäuses 7 umgeben, wobei durch den zylindrischen Ansatz 39 die eine stationäre Bürste hindurchragt, um die Schleifkontaktverbindung 6 zu bilden. Der zylindrische Ansatz 39 bildet einen engen Ringspalt 40 aus, der den Schleifring 3 umgibt, so dass die Strömungsgeschwindigkeit einer Luftzirkulationsluft mit ihrer Strömungsrichtung 48 in diesem Bereich am größten ist. Der Ringspalt 40 steht strömungstechnisch in Verbindung mit einem Nabenbereich 19 eines Radialgebläses 15, das eine Radialradscheibe 13 aufweist, welche das Rotorlager 17 von dem Bürstengehäuse 7 abschirmt. 6 shows a schematic cross section through a portion of an electric machine 1 with a brush system 2 according to a third embodiment of the invention. The brush system 2 is on a rotor shaft section 12 a rotor shaft 11 arranged over a rotor bearing 17 protrudes. This is on the rotor shaft section 12 at least one slip ring 3 arranged in this embodiment of the invention with a stationary brush 4 in sliding contact connection 6 stands. The sliding contact connection 6 is from a cylindrical approach 39 a brush housing 7 surrounded by the cylindrical approach 39 which protrudes a stationary brush to the sliding contact connection 6 to build. The cylindrical approach 39 forms a narrow annular gap 40 out, the slip ring 3 surrounds, so the flow rate of air circulation air with its flow direction 48 is greatest in this area. The annular gap 40 is fluidically connected to a hub area 19 a radial fan 15 that is a radial disc 13 which has the rotor bearing 17 from the brush housing 7 shields.

Dazu kann die Radialradscheibe 13 mit der Rotorwelle 11 kraftschlüssig, stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden sein. Die Radialradscheibe 13 trägt Radialgebläseschaufeln 14, deren Form und Wirkung bereits oben beschrieben wurden, wobei die Radialgebläseschaufeln 14 mit ihrem Saugeinlass 18 in einem Nabenbereich 19 des Radialgebläses 15 die mit Abriebstoffen 9 beladene Luft am Druckauslass 20 des Radialgebläses 15 in einen spiralförmigen Druckraum 21 beschleunigen. Von dem spiralförmigen Druckraum 21 wird die mit Abriebstoffen 9 beladene Luft über ein Verbindungsstück 41 zu einer Filterscheibe 23 geleitet, die auf einer Innenseite einer Gehäuseabdeckung 33 des Bürstengehäuses 7 angeordnet ist. Die Filterscheibe 23 aus Filtermaterial weist einen Einlass 26 auf, der in spiralförmige Kanäle 24 übergeht, die in einem Auslass 27 im Zentrum des scheibenförmigen Filters 25 enden, so dass die gefilterte und an der Gehäuseabdeckung 33 gekühlte Luft direkt dem Ringspalt 40 der Schleifkontaktverbindung 6 zugeführt werden kann. Eine derartige Luftzirkulationsvorrichtung 8 filtert nicht nur effektiv die mit Abriebstoffen 9 beladene zirkulierende Luft, sondern kühlt auch gleichzeitig die Schleifkontaktverbindung 6.This can be the Radialradscheibe 13 with the rotor shaft 11 be connected non-positively, cohesively or positively. The radial disc 13 carries radial fan blades 14 whose shape and effect have already been described above, wherein the radial fan blades 14 with her suction inlet 18 in a hub area 19 of the radial fan 15 those with abrasives 9 laden air at the pressure outlet 20 of the radial fan 15 in a spiral pressure chamber 21 accelerate. From the spiral pressure chamber 21 will be those with abrasives 9 laden air via a connector 41 to a filter disc 23 passed on an inside of a housing cover 33 of the brush housing 7 is arranged. The filter disc 23 of filter material has an inlet 26 on, in spiral channels 24 passes in an outlet 27 in the center of the disc-shaped filter 25 ending, leaving the filtered and attached to the case cover 33 cooled air directly to the annular gap 40 the sliding contact connection 6 can be supplied. Such an air circulation device 8th Not only effectively filters those with abrasives 9 laden circulating air, but also simultaneously cools the sliding contact connection 6 ,

Da der Druckraum 21 teilweise von dem gekühlten Lagerschild 16 und teilweise von dem Bürstengehäuse 7 gebildet wird, wird bereits die mit Abriebstoffen 9 beladene Luft noch vor dem Eintritt in die Filterscheibe 23 gekühlt. Die Radialradscheibe 13 bildet zusammen mit dem Lagerschild 16 eine Trennwand zwischen dem Bürstengehäuse 7 und den übrigen Komponenten der elektrischen Maschine 1, die mit der Rotorwelle 11 und dem Stator zusammenwirken. Um die rotierende Radialradscheibe 13 gegenüber dem stationären Lagerschild 16 abzudichten, weist das Lagerschild 16 eine Labyrinthdichtung 22 der Luftzirkulationsvorrichtung 8 auf. Because the pressure chamber 21 partly from the cooled end shield 16 and partially of the brush housing 7 is already being formed with abrasives 9 laden air before entering the filter disc 23 cooled. The radial disc 13 forms together with the bearing plate 16 a partition between the brush housing 7 and the other components of the electric machine 1 connected to the rotor shaft 11 and interact with the stator. Around the rotating Radialradscheibe 13 opposite the stationary end shield 16 seal, the bearing plate has 16 a labyrinth seal 22 the air circulation device 8th on.

Details einer derartigen in diesem Falle einstufigen Labyrinthdichtung 22 zeigt der Ausschnitt 6A. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige einstufig Labyrinthdichtung 22 eingeschränkt, vielmehr sind auch mehrstufige Labyrinthdichtungen zur berührungsfreien Druck- und Strömungsentkopplung zwischen Motorgehäusebereich 49 und Bürstensystem 1 einsetzbar.Details of such in this case single-stage labyrinth seal 22 shows the clipping 6A , However, the invention is not limited to such a single-stage labyrinth seal 22 limited, but also multi-stage labyrinth seals for non-contact pressure and flow decoupling between the engine housing area 49 and brush system 1 used.

In den nachfolgenden 7–9 werden nun Details der Filtereinrichtung 10 in Form einer Filterscheibe 23 erläutert.In the following 7 - 9 now become details of the filter device 10 in the form of a filter disc 23 explained.

7 zeigt eine schematische Ansicht eines Bürstengehäuses 7, wobei die Bürstengehäuseabdeckung 33, die in 6 gezeigt wird, entfernt ist. Wie 7 zeigt, ist das Bürstengehäuse 7 rund um den Rotorwellenabschnitt 12 angeordnet und auf dem Lagerschild 16 fixiert. In dieser Ausführungsform sind zwei stationäre Bürsten 4 und 5, die von zwei Bürstenhaltern 44 und 45 gegen die rotierenden Schleifringe 3 gepresst werden. In dem Ringspalt 40 zwischen zylindrischem Ansatz 39 des Bürstengehäuses 7 und den rotierenden Schleifringen 3 ist die Schleifkontaktverbindung 6 zwischen den beiden Bürsten 4 und 5 und den Schleifringen 3 einer hohen Strömungsgeschwindigkeit der Luftzirkulationsvorrichtung in der Strömungsrichtung 48 ausgesetzt. Dazu weist die Luftzirkulationsvorrichtung das mit gestrichelten Linien angedeutete Radialgebläse 15 mit Radialgebläseschaufeln 14 auf. Ein Druckauslass 20 des Radialgebläses 15 geht in einen Druckraum 21 eines Spiralgehäuses 35 über. Das Spiralgehäuse 35 ist mit einem Verbindungsstück 41 innerhalb des Bürstengehäuses verbunden. Die mit Abriebstoffen 9 beladene Luft wird über das Verbindungsstück 41 der Filtereinrichtung 10 in der entfernten Gehäuseabdeckung 33, wie es 6 zeigt, zugeführt. 7 shows a schematic view of a brush housing 7 wherein the brush housing cover 33 , in the 6 is shown is removed. As 7 shows is the brush housing 7 around the rotor shaft section 12 arranged and on the bearing plate 16 fixed. In this embodiment, two stationary brushes 4 and 5 made by two brush holders 44 and 45 against the rotating slip rings 3 be pressed. In the annular gap 40 between cylindrical approach 39 of the brush housing 7 and the rotating slip rings 3 is the sliding contact connection 6 between the two brushes 4 and 5 and the slip rings 3 a high flow velocity of the air circulation device in the flow direction 48 exposed. For this purpose, the air circulation device indicated by dashed lines radial fan 15 with radial fan blades 14 on. A pressure outlet 20 of the radial fan 15 goes into a pressure room 21 a spiral casing 35 above. The spiral housing 35 is with a connector 41 connected within the brush housing. The ones with abrasives 9 laden air is through the connector 41 the filter device 10 in the removed case cover 33 , like it 6 shows, fed.

8 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Filterscheibe 23 mit spiralförmigem Kanal 24. Diese Filterscheibe 23 besteht aus Filtermaterial, das im Deckel des Bürstengehäuses angeordnet ist, und dient als Fliehkraftabscheider. Das Gemisch aus Abriebstoffen und Förderluft tritt durch eine Einlassöffnung 26 in den spiralförmigen Kanal 24 ein und wird mit zunehmender Geschwindigkeit in kreisende Bewegung versetzt. In der Spirale können sich die Abriebstoffe in Form von Verschleißpartikeln der Kohlebürsten aufgrund der Zentrifugalkraft und der Klebrigkeit der Partikel an den porösen Außenwandungen des spiralförmigen Kanals 24 festsetzten, wobei der eigentliche Strömungskanal für die Förderluft frei bleibt. 8th shows a schematic perspective view of a filter disc 23 with spiral channel 24 , This filter disc 23 consists of filter material, which is arranged in the cover of the brush housing, and serves as a centrifugal separator. The mixture of abrasives and conveying air passes through an inlet opening 26 in the spiral channel 24 and is set in circular motion with increasing speed. In the spiral, the abrasives can be in the form of wear particles of the carbon brushes due to the centrifugal force and the stickiness of the particles on the porous outer walls of the spiral channel 24 set, with the actual flow channel for the conveying air remains free.

9 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Filterscheibe 23 gemäß 8, wobei die Filterscheibe 23 zusätzliche Kanaltaschen 36, 37 und 38 aufweist. Die Kanaltaschen 36, 37 und 38 unterstützen durch die Ausbildung turbulenter Wirbel das Auffangen, insbesondere größerer Partikel aus dem Abriebstoff. Die Kanaltaschen 36, 37 und 38, die als radiale Ausbuchtungen des spiralförmigen Kanals ausgebildet sind, verstärken ein Ablagern von Bürstenstaub aus dem Luftstrom. 9 shows a schematic plan view of the filter disk 23 according to 8th , where the filter disc 23 additional channel pockets 36 . 37 and 38 having. The channel pockets 36 . 37 and 38 support the collection, in particular larger particles from the abrasive by the formation of turbulent vortex. The channel pockets 36 . 37 and 38 , which are formed as radial bulges of the spiral-shaped channel, enhance a deposition of brush dust from the air flow.

10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich einer elektrischen Maschine 1 mit einem Bürstensystem 2 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform ist das Bürstengehäuse 7 nicht als rechteckiges Gehäuse aufgebaut, sondern weist eine topfförmige Struktur auf mit einer zylindrischen Wandung. An dieser zylindrischen Wandung ist ein Filterring 30 aus Filtermaterial angeordnet, wobei in schraubenförmig angeordneten Kanalwindungen die abriebhaltige Luft an dem Filtermaterial vorbeigeführt wird. Dabei sorgt die Zentrifugalkraft dafür, dass die Staubpartikel durch eine relativ durchlässige innere Mantelfläche 31 in den Filterring 30 aus Filtermaterial gelangen. Nach Durchlauf mehrerer Kanalwindungen tritt schließlich eine gekühlte und gefilterte Luft aus dem Auslass 27 des Filterringes 30 aus und wird dem Ringspalt 40 der Schleifkontaktverbindung 6 zugeführt. In den nachfolgenden 11 und 12 wird ein teilweise quer geschnittener Filterring 30 mit schraubenförmigem Kanal 32 in vergrößertem Detail gezeigt. 10 shows a schematic cross section through a portion of an electric machine 1 with a brush system 2 according to a fourth embodiment of the invention. In this embodiment, the brush housing 7 not constructed as a rectangular housing, but has a cup-shaped structure with a cylindrical wall. On this cylindrical wall is a filter ring 30 arranged from filter material, wherein the abrasive-containing air is guided past the filter material in helically arranged channel windings. The centrifugal force ensures that the dust particles pass through a relatively permeable inner surface 31 in the filter ring 30 get out of filter material. After passing through several channel windings, finally, a cooled and filtered air exits the outlet 27 of the filter ring 30 out and gets to the annular gap 40 the sliding contact connection 6 fed. In the following 11 and 12 becomes a partially transversely cut filter ring 30 with helical channel 32 shown in enlarged detail.

Dazu zeigt 11 eine schematische perspektivische Ansicht eines teilweise quergeschnittenen Filterringes 30 mit einem schraubenförmigen Kanal 32. Der schraubenförmige Kanal 32 ist in einem Innenring 47 beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial eingearbeitet oder eingeformt und weist einen Einlass 26 und einen Auslass 27 auf. Der Schraubenkanaleinlass 26 ist strömungstechnisch mit dem Druckraum 21, der in 10 gezeigt wird, verbunden, während der Schraubenkanalauslass 27 die gereinigte Filterluft in den Innenraum des Bürstengehäuses entlässt, so dass gereinigte und gekühlte Luft von dem Ringspalt mit den Schleifkontaktverbindungen aufgenommen werden kann. Der schraubenförmige Kanal 32 kann von einem Filterring 30 aus einem Faserflies mit synthetischen, elektrisch geladenen Fasern umgeben sein, so dass zusätzlich zu der zentrifugalen Abscheidekraft, die auf die Partikel wirkt, auch noch eine elektrostatische Anziehungskraft wirkt, um die Feinstaubpartikel aus dem Luftstrom herauszufiltern.In addition shows 11 a schematic perspective view of a partially cross-cut filter ring 30 with a helical channel 32 , The helical channel 32 is in an inner ring 47 for example, incorporated or molded from a plastic material and has an inlet 26 and an outlet 27 on. The screw channel inlet 26 is fluidic with the pressure chamber 21 who in 10 is shown connected while the screw duct outlet 27 the cleaned filter air discharges into the interior of the brush housing, so that cleaned and cooled air can be taken up by the annular gap with the sliding contact connections. The helical channel 32 can from a filter ring 30 be surrounded by a fiber fleece with synthetic, electrically charged fibers, so that in addition to the centrifugal deposition force acting on the particles, also acts as an electrostatic attraction force to filter out the particulate matter from the air flow.

12 zeigt einen teilweise quer geschnittenen Filterring 30 mit schraubenförmigem Kanal 32, der noch einmal den bevorzugten Aufbau eines elektrostatischen Filters zeigt. 12 shows a partially cross-cut filter ring 30 with helical channel 32 again showing the preferred construction of an electrostatic filter.

Obwohl beispielhafte Ausführungsformen in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurden, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.Although exemplary embodiments have been shown in the foregoing description, various changes and modifications may be made. The above embodiments are merely examples and are not intended to limit the scope, applicability, or configuration in any way. Rather, the foregoing description provides those skilled in the art with a scheme for practicing at least one example embodiment, which may make numerous changes in the function and arrangement of elements described in an exemplary embodiment without departing from the scope of the appended claims and their legal equivalents ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: elektrische Maschine electric machine
22: Bürstensystem brush system
33: Schleifring slip ring
44: stationäre Bürste stationary brush
55: stationäre Bürste stationary brush
66: Schleifkontaktverbindung Sliding contact connection
77: Bürstengehäuse brush housing
88th: Luftzirkulationsvorrichtung Air circulation device
99: Abriebstoffe abrasives
1010: Filtereinrichtung filtering device
1111: Rotorwelle rotor shaft
1212: Rotorwellenabschnitt Rotor shaft section
1313: Radialradscheibe Radialradscheibe
1414: Radialgebläseschaufel Radial fan blade
1515: Radialgebläse centrifugal blower
1616: Lagerschild end shield
1717: Rotorlager rotor bearing
1818: Saugeinlass (Nabenbereich) Suction inlet (hub area)
1919: Nabenbereich hub area
2020: Druckauslass pressure outlet
2121: Druckraum (spiralförmig) Pressure chamber (spiral)
2222: Labyrinthdichtung labyrinth seal
2323: Filterscheibe filter disc
2424: spiralförmiger Kanal spiral channel
25 25: Filter filter
2626: Einlass (Filter) Inlet (filter)
2727: Auslass (Filter) Outlet (filter)
2828: Hohlzylinder (Filter) Hollow cylinder (filter)
2929: zylindrischer Innenraum cylindrical interior
3030: Filterring filter ring
3131: innere Mantelfläche inner jacket surface
3232: schraubenförmiger Kanal helical channel
3333: Gehäuseabdeckung housing cover
3434: elektrostatischer Filter electrostatic filter
3535: Spiralgehäuse volute
3636: Kanaltasche channel case
3737: Kanaltasche channel case
3838: Kanaltasche channel case
3939: zylindrischer Ansatz cylindrical approach
4040: Ringspalt annular gap
4141: Verbindungsstück joint
4242: Sammelbereich collecting area
4343: Innenraum inner space
4444: Bürstenhalter brush holder
4545: Bürstenhalter brush holder
4646: Fixierring fixing
4747: Innenring inner ring
4848: Strömungsrichtung flow direction
4949: Motorbereich engine area

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102006000315 A1 [0002]

Claims

Electric machine with brush system ( 2 ) comprising: - rotating slip rings ( 3 ); Stationary brushes ( 4 . 5 ) electrically connected to the slip rings ( 3 ) in sliding contact connection ( 6 ) stand; A brush housing ( 7 ), the slip rings ( 3 ) and the brushes ( 4 . 5 ), wherein within the brush housing ( 7 ) a closed air cooling device ( 8th ), which is a filter device ( 10 ), by means of the abrasives ( 9 ) of the sliding contact connection ( 6 ) are herausfilterbar, and wherein by means of the filter-cleaned air, the sliding contact connection ( 6 ) is coolable.

Electric machine according to claim 1, wherein a rotor shaft ( 11 ) with a rotor shaft section ( 12 ) in the brush housing ( 7 protruding, and wherein on the rotor shaft portion ( 12 ) the slip rings ( 3 ) are arranged and a Radialradscheibe ( 13 ) with radial fan blades ( 14 ) of a radial fan ( 15 ) is fixed on the rotor shaft.

Electric machine according to claim 1 or claim 2, wherein the radial wheel disc ( 13 ) axially adjacent to a stationary end shield ( 16 ) of a rotor bearing ( 17 ), and wherein a suction inlet ( 18 ) in a hub area ( 19 ) of the radial fan ( 15 ) with the sliding contact connection ( 6 ) is fluidically connected, and wherein a pressure outlet ( 20 ) of the radial fan ( 15 ) via a spiral pressure space ( 21 ) with an inlet of the filter device ( 10 ) is fluidically connected.

Electric machine according to one of claims 1 to 3, wherein the filter device ( 10 ) the particle filtration by a sieving effect, a Sperektekt, a diffusion deposition, an inertial separation, an electrostatic attraction or combinations of these filter mechanisms realized.

Electric machine according to one of claims 1 to 3, wherein the filter device ( 10 ) a mechanical particulate filter or an electrostatic filter ( 34 ), preferably with polarized fibers.

Electric machine according to claim 5, wherein the mechanical particle filter comprises a hollow cylinder ( 28 ) of filter material, and wherein a cylindrical interior ( 29 ) of a filter ( 25 ) with the pressure chamber ( 21 ) is in fluid communication and a space outside the hollow cylinder ( 28 ) with the sliding contact connection ( 6 ) communicates fluidically and has filtered air.

Electric machine according to one of claims 1 to 3, wherein the filter device ( 10 ) as a filter ( 25 ) a filter disk ( 23 ) of filter material in which a spiral channel ( 24 ) is arranged, whose inlet is arranged in an outer edge region of the filter disc and with the pressure chamber ( 21 ) in fluid communication, wherein abrasive air from an inlet ( 26 ) in the spiral channel ( 24 ) to a central outlet ( 27 ) and filtered, and wherein the central outlet ( 27 ) with the sliding contact connection ( 6 ) is fluidically connected.

Electric machine according to one of claims 1 to 3, wherein the filter device ( 10 ) as a filter ( 25 ) a filter ring ( 30 ) of filter material, the abrasive air along an inner circumferential surface ( 31 ) of the filter material via a helical channel ( 32 ), wherein an inlet ( 26 ) of the helical channel ( 32 ) with the pressure chamber ( 21 ) is fluidically connected, and wherein an outlet ( 27 ) of the helical channel ( 32 ) fluidically with the sliding contact connection ( 6 ).

Electric machine according to one of claims 1 to 3, wherein the filter device ( 10 ) on a housing cover ( 33 ) of the brush housing ( 7 ) is arranged.

Electrical machine according to one of claims 2 to 9, wherein the radial fan ( 15 backward-inclined or radially-ending radial fan blades ( 14 ) having.

Electric machine according to one of claims 3 to 10, wherein the stationary bearing plate ( 16 ) with rotor bearing ( 17 ) a labyrinth seal ( 22 ), which between the stationary bearing plate ( 16 ) and the rotating Radialradscheibe ( 13 ), wherein the stationary end shield ( 16 ) has at least one annular groove in which at least one annular projection of the radial disc rotates without contact.