DE8790029U1 - Elektrische Bürsten-Kontaktvorrichtung - Google Patents

Description

ELEKTRISCHE BORSTEN-KONTAKTVORRICHTÜNG FOR ELEKTROMOTOR MIT ZYLINDRISCHEM KOMMUTATOR

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Motoren mit zylindrischem Kommutator und insbesondere eine elektrische Bürsten-Kontaktvorrichtung für solche Motoren.

Das USA-Patent Nr. 2.545.365 vom 13. März 1951 beschreibt eine elektrische Kontaktvorrichtung mit Bürsten <ier Art, die einen scheibenförmigen Bürstenkörper, hauptsächlich aus Kohle oder einem anderen geeigneten elektrisch leitenden Material, aufweist, wobei der Bürstenkörper drehbar auf einem zentralen Drehzapfen angeordnet ist und durch Drehung gegen den Kommutator gedrückt wird. Beim Betrieb des Motors unterliegt die Bürste einer fortschreitenden Abnutzung entlang ihrem Umfang tangential zum Kommutatorumfang.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese bekannte Vorrichtung einen schwerwiegenden Nachteil besitzt, der in der Praxis eine industrielle Anwendung solcher Vorrichtungen verhindert hat trotz deren grundsätzlichen Vorteilen, welche daher nicht ausgenutzt werden konnten. Diese grundsätzlichen Vorteile bestehen in der Möglichkeit, Bürsten in kompakter Form herzustellen und das Vorhandensein von Armen beträchtlicher Länge zwischen der Kontaktfliehe und der Drehachse zu vermeiden, wodurch das Risiko eines Vibrierens des die Kontaktfläche tragenden Armes sowie eines Brechens dieser im allgemeinen aus Kohle hergestellten Armes vermieden wird.

Die elektrische Bürsten-Kontaktvorrichtung des Standes der Technik, die in dem oben genannten USA-Patent gezeigt ist, führt insbesondere zur Erzeugung von Funken und daher amr Ablagerung einer Kohleschicht 'auf dem Kommutator, was zu einer Verschlechterung des elektrischen Kontakts und schliess]ich zu einer Unterbrechung der Motorfunktion führt. Bis zu diesem Tag konnte keine Lösung dieses Problems gefunden werden.

Die vorliegende Erfindung hat hauptsächlich zum Ziel/ eine elektrische Bürsten-Kontaktvorrichtung der vorgenannten Art zu verschaffen, die das Risiko einer Fehlfunktion des Kommutators beseitigt und eine lange Lebensdauer der elektrischen Kontaktvorrichtung gewährleistet. Genauer ausgedrückt bezweckt die Erfindung die Beseitigung der Funkenbildung und die Herstellung eines ausgezeichneten elektrischen Kontakts zwischen der Bürste und dem Kommutator während der ganzen Lebensdauer der Bürste, sowie die Vermeidung einer nachteiligen Auswirkung der BUrstenkontaktanordnung auf das Funktionieren des Kommutators.

Zu diesem Zweck i st die elektrische BUrsten-Kontaktvorrichtung gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung einen Bürstenkörper in Form einer Nocke aus elektrisch leitendem Material mit mindestens einer zylindrischen Kontaktfläche aufweist, Mittel um diesen Bürstenkörper drehbar um eine axiale Drehachse zu lagern und elastische Rückführmittel, die eine Drehwirkung auf den Bürstenkörper ausüben, um seine Kontaktfläche gegen den Kommutator zu drücken, wobei der genannte Bürstenkörper einen im wesentlichen zylindrischen Einschnitt aufweist, der durch zwei im wesentlichen zylindrische, voneinander getrennte und im wesentlichen zur Bürstendrehachse konzentrische Flächen begrenzt ist, und wobei dieser Einschnitt einen die genannte Kontaktfläche bildenden Umfangsteil des Bürstenkörpers von einem die Drehachse umgebenden zentralen Teil des Bürstenkörpers trennt.

Die Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis, dass die genannten Nachteile der bekannten Vorrichtungen darauf zurückzuführen sind, dass ein Teil der Kontaktfläche zwischen der zylindrischen Kommutatorfläche und dem Bürstenkörper, in Richtung der Motorachse und der Bürstendrehachse gesehen, im Schnittpunkt mit einer die diesen Achsen entsprechenden Punkte verbindenden Geraden

angeordnet ist. In diesem Teil der Berührungsfläche besteht natürlich keinerlei radiale Kraft, um die Bürste gegen den Kommutator zu drücken, und demnach ist auch kein guter elektrischer Kontakt in dem entsprechenden Bereich vorhanden. Es hat sich herausgestellt, dass dieser Umstand zur Erzeugung von Funken führt, welche die Ablagerung einer Kohleschicht auf der Kommutatoroberflache zur Folge haben, wie dies oben erwähnt wurde. Ferner entstehen dadurch, dass man im allgemeinen zwei einander diametral gegenüberliegend angeordnete Bürsten verwendet, Schwierigkeiten mechanischer Art infolge der Einbautoleranz des Lagers in Radialrichtung zur Kommutatorachse. Die Kontaktflächen der Bürsten in den erwähnten, diametral gegenüberliegenden Kommutatorbereichen sind ja hier in einer festen Entfernung voneinander angeordnet. Es ergibt sich daraus eine Abnützung in diesen Bereichen, die sich ebenfalls störend auf das Funktionieren des Kommutators auswirkt.

Durch das Vorhandensein des kreisförmigen Einschnitts befindet sich der zentrale Teil des Bürstenkörpers immer in einem bestimmten Abstand vom Kommutator, und die effektive Kontaktfläche bzw. Verschleissflache des Bürstenkörpers in dessen Umfangsteil ist ständig dem Druck des elastischen Rückführorgans unterworfen, unabhängig vom Abnutzungsgrad der Bürste.

Die Erfindung wird besser verständlich durch die folgende detaillierte Beschreibung einer Ausführungsform der erfindungsgemässen elektrischen Bürsten-Kontaktvorrichtung, wobei diese Beschreibung ein nicht einschränkendes Beispiel betrifft und sich auf die beigefügte Zeichnung bezieht, in der :

Figur 1 eine parallel zur Motorachse betrachtete Frontalansicht eines Teils der inneren Stirnseite eines Endteils eines elektrischen Motors mit zylindrischem Kommutator ist, , wobei die gegenseitige Anordnung der Bürsten und des Kommutators im Fall einer elektrischen

Kontaktvorrichtung mit einem nockenförmigen Bürstenkörper entsprechend dem Stand der Technik gezeigt ist, und

Figur 2 eine der Figur 1 ähnliche Frontalansicht ist, die den Fall einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Bürsten-Kontaktvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

In Figur 1 wurde ein Teil eines BürstenträgerteiIs 1 eines elektrischen Gleichstrommotors dargestellt. Der Teil 1 hat eine zylindrische Form und wird aus einem formbeständigen Kunststoff gegossen. Er weist eine kreisförmige Öffnung 2 auf, die zum Durchlass der nicht dargestellten Rotorachse des Motors bestimmt ist. Der Raum, der durch die Innenfläche der Seitenwand 3 des Teils 1 und die innere kreisförmige Stirnseite 4 derselben begrenzt wird, bildet einen Aufnahmeraum, in dessen Innerem zwei Bürsten 5 angeordnet sind, die jeweils drehbar um eine entsprechende, auf dem Teil 1 befestigte Drehachse 6 angeordnet sind. Die Drehachsen 6 sind entweder zur Gänze aus einem elektrisch gut leitendem Material, wie Messing, hergestellt, oder von einem Teil aus einem solchen Material umgeben, und sind jeweils elektrisch einerseits mit dem Körper der Bürste 5 verbunden, und zwar mittels eines Leiterkabels 11, welches vorteilhafterweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, und andererseits mittels eines elektriscnen Leiterkabels 12 mit einer leitenden Zunge 13. Die leitende Zunge 13 tritt durch die Endfläche des Teils 1 durch, um die elektrische Verbindung mit einer der nicht gezeigten Anschlussklemmen des Motors, die auf der Aussenwand dieser Hand befestigt sind, herzustellen.

Die Zunge 13 und das entsprechende Ende des Kabels 12 sind miteinander in einem diametral verlaufenden Einschnitt eines Klötzchens 14, das Bestandteil des Teils 1 ist, miteinander verklemmt.

Da die Anordnung der beiden Bürsten 5 und der beiden

entsprechenden Klötzchen 14 symmetrisch zur Achse des Teils jf 1 ist, wurde zur Vereinfachung der Zeichnung nur ein Teil &PSgr; von 1 dargestellt, welcher eine Bürste 5 und das entsprechende Klötzchen 14 trägt.

Auf der Innenfläche 4 des Teils 1 sind zwei Erhebungen 7 geformt, die jeweils einer Bürste 5 zugeordnet sind und auf die sich jeweils eine nicht dargestellte Spiralfeder abstützt, die gegenüber der Achse 6 der entsprechenden Bürste zentriert ist und eine Drehwirkung im Gegenuhrzeigersinn auf die Bürste ausübt, sodass deren Kontaktfläche 8 auf den Kollektor 9 gedrückt wird. Der letztere ist in Figur 1 im Schnitt senkrecht zur Rotorachse des Motors gezeigt.

In die Fläche 4 des Teils 1 ist eine Vertiefung eingelassen, die durch einen kreisförmigen Randteil 10 begrenzt ist und die konzentrisch zur öffnung 2 verläuft, um das Ende des Kommutators 9 aufzunehmen. Die Kontaktfläche 8 der Bürste gegenüber dem KomL!utator 9 wird ständig unter dem Einfluss der durch die Spiralfeder ausgeübten Kraft mit merklichem Druck gegen die Kommutatcroberflache gedrückt, und die Drehung des Kommutators 9 bewirkt eine fortschreitende Abnutzung der Bürste ohne Veränderung der Form der Kontaktfläche 8, welche ständig in ,"2^ Bürstenkörper ausgeschliffen wird. Im Zuge der Abnützung der Bürste 5 erstreckt sich jedoch der zylindrische Teil 16 der Aussenflache der Bürste 5 entlang \ einer Linie, die durch den von der Bezugsziffer 15 J: ausgehenden Pfeil bezeichnet ist, und bleibt dabei fr tangential zum Kommutator 9. Die genannte Linie stellt die ^r Grenze zwischen dem zylindrischen Teil 16 -»er ■ Bürstenoberfläche und der Kontaktfläche 8 dar. Es ist leicht einzusehen, dass die' Zone des Teils 16 der Bürstenfläche, welche in unmittelbarer Nachbarschaft dieser X Linie gelegen ist, sich in einem sehr geringen Abstand vom Kommutator 9 befindet, sodass elektrische Funken in dieser Zone zwischen dem Kommutator und der Bürste entstehen.

Diese elektrischen Funken bewirken die Ablagerung einer isolierenden Kohleschicht auf dem Kollektor und haben den weiter oben erwähnten Nachteil zur Folge.

Es ist ferner zu bemerken, dass dadurch, dass der zylindrische Teil 16 der Oberfläche der Bürste 5 tangential zum Kommutator 9 verläuft, die Drehung des letzteren nur möglich ist, wenn er ganz genau in gleichem Abstand zu den Drehachsen der beiden Bürsten 5 zentriert ist und wenn ferner sein Umfang genau zylindrisch ist. Dies macht die Einhaltung von äusserst engen Herstellungstoleranzen notwendig, die praktisch in einer industriellen Gross-Serienherstellung nicht erreichbar sind. Dies stellt einen weiteren Nachteil dar, der zu deir der Ablagerung einer Kohleschicht auf dem Kommutator hinzukommt, sodass die Verwendung von Bürsten der genannten Art bis jetzt nicht möglich war.

Man ersieht aus Figur 2, in der zu entsprechenden Elementen der Figur 1 identische Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, dass die Ausbildung der Bürsten 5' im ganzen und ihre Anordnung gegenüber dem Kommutator 9 gleich sind wie im Fall der Kontaktvorrichtung gemäss dem Stand der Technik, wie sie in Figur 1 dargestellt ist.

In der elektrischen Kontaktvorrichtung gemäss der Erfindung besitzen die Bürsten 5' jedoch einen kreisförmigen Einschnitt 17, der sich über einen Kreisbogen ües Bürstenkörper erstreckt, und der einen Umfangsteil 5a desselben, dessen freies Ende durch die Kontaktfläche 8* der Bürste mit dem Kommutator 9 begrenzt ist, von einem zentralen Teil 5b, welcher die Drehachse 6 umgibt, trennt. Demzufolge verlängert eich die'Kontaktfläche &bgr;' der Bürste 5' mit dem Kommutator 9 nicht durch die zylindrische Fläche 16', die konzentrisch zur Drehachse 6 der Bürste 5* ist, sondern ist von dieser durch den Einschnitt 17 getrennt, und zwar unabhängig vom Abnutzungsgrad der Bürste,

·. a

zumindest so lange dieser nicht zu einem vollständigen Verschwinden des Einschnitts 17 geführt hat, d.h. so lange die Kontaktfläche 6' nicht jene Zone erreicht hat, wo die Teile 5a und 5b des Bürstenkörpers miteinander verbunden sind. Daraus ergibt sich, wie ersichtlich, dass die zylindrische Fläche 16* keine Tangentenlinie mit dem Kommutator 9 (wie die Linie 15 der Figur 1) aufweist und dass alle Teile dieser Fläche in genügend grossem Abstand von der äusseren Fläche des Kommutators sind, um das Risiko einer elektrischen Funkenbildung zwischen der zylindrischen Fläche IC der Bürste und dem Kommutator zu beseitigen.

Dieses Ergebnis kann z.B. in der Praxis dadurch erreicht werden, dass für eine Bürste 5', deren Umfangsflache einen Radius von 4 mm in dem von ihrer Achse am weitesten entfernten Teil aufweist, insbesondere im Teil 5a, und die -5inen Radius von 2 mm an der zylindrischen Fläche 16' des zentralen Teils 5b aufweist, in dem dem Einschnitt 17 eine Breite von 0,4 mm gegeben wird.

Es ist daher zu verstehen, dass die erfindungsgemässe Bürste eine beträchtliche Beschränkung des Risikos der Funkenbildung zwischen dem Bürstenkörper und dem Kommutator erlaubt.

Durch die Tatsache, dass der Kommutator nur durch die Fläche 8' mit der Bürste in Verbindung steht, welche Fläche am Ende des eine gewisse Flexibilität aufweisenden Umfangsteils 5a liegt, ist ferner die Drehung des Kommutators keineswegs behindert, auch wenn die Toleranzen der Zentrierung seiner Achse sowie diejenigen der Zylinderform seines Umfangs nicht sehr eng sind.

Claims (2)

ftgCWT ANS PROCHE

1. Elektrische Bürsten-Kontaktvorrichtung für Elektromotor mit zylindrische;.! Kommutator, welche einen Bürstenkörper in Form einer Nock·- aus elektrisch leitendem Material mit mindestens einer zylindrischen Kontaktflache aufweist, Mittel um diesen Bürstenkörper drehbar um eine axiale Drehachse anzubringen und elastische RttckfUhrmittel, die eine Drehwirkung auf den Bürstenkörper ausüben, um seine Kontaktfläche gegen den Kommutator zu drücken, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Bürstenkörper einen im wesentlichen zylindrischen Einschnitt aufweist, der durch zwei im wesentlichen zylindrische, voneinander getrennte und im wesentlichen zur Bürstendrehachse konzentrische Flächen begrenzt ist, wobei dieser Einschnitt einen die genannte Kontaktfläche bildenden Umfangsteil des Bürstenkörpers von einem die Drehachse umgebenden zentralen Teil des Bürstenkörpers trennt.

2. Vorrichtung nach Pa*en*t|nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bürstenkörper aus Kohle ist.