DE102004041485A1

DE102004041485A1 - Bürstenhalter für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102004041485A1
Application number: DE200410041485
Authority: DE
Inventors: Erik Maurer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-03-02
Also published as: WO2006021573A1

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Bürstenhalter (24.1, 24.2) für eine elektrische Maschine (10), der zwei Stirnseiten (30, 32) aufweist, mit wenigstens einer Halterung (34, 94), in der wenigstens eine Bürste (22.1, 22.2) beweglich aufgenommen ist, und mit einem Träger (42, 96), der die wenigstens eine Halterung (34, 94) trägt und der Befestigungsabschnitte (54, 56, 62, 64; 98, 100, 102, 104, 106) aufweist, mit denen der Bürstenhalter (24.1, 24.2) an der elektrischen Maschine (10) fixiert ist. Die Befestigungsabschnitte (54, 56, 62, 64; 98, 100, 102, 104, 106) sind derart an beiden Stirnseiten (30, 32) des Trägers (42, 96) ausgebildet, dass der Bürstenhalter (24.1, 24.2) sowohl mit der einen Stirnseite (30) als auch mit der anderen Stirnseite (32) an der elektrischen Maschine (10) fixierbar ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Bürstenhalter für eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Bürstenhalter weist zwei Stirnseiten auf, wenigstens eine Halterung, in der wenigstens eine Bürste beweglich aufgenommen ist, und einen Träger, der die Halterung trägt und der Befestigungsabschnitte aufweist, mit denen der Bürstenhalter an der elektrischen Maschine fixiert ist.

An diese elektrische Maschinen werden, wenn sie als bürstenbehaftete, vorzugsweise zweipolige Elektromotoren, insbesondere Heiz- und Klimamotoren eingesetzt werden, verschiedene Anforderungen gestellt:
Erstens gibt es bei Lüftergebläsen einbauspezifische Situationen im Fahrzeug, die nur eine spezifische Drehrichtung der Motors, also auch des von ihm angetriebenen Schaufelrads zulassen, wie dies zum Beispiel der Fall ist, wenn ein Fahrzeugmodell einmal als Rechtslenker- und einmal als Linkslenkerfahrzeugen hergestellt werden soll. Hierzu werden Motoren im selben Gehäusedesign, die meist aus einem sogenannten Baukasten stammen und längenskaliert werden, angeboten. Diese werden in einer sogenannten linksdrehenden und rechtsdrehenden Ausführung hergestellt. Diese einmal festgelegte Drehrichtung je Motor wird nicht mehr verändert. Es handelt sich als um keine reversierenden Motoren. Die Motoren werden für Ihre Funktion im Fahrzeug auch nicht umgepolt.

Zweitens müssen die Motoren leise sein. Eine starke Geräuscharmut wird besonders von den Bürsten erwartet. Um dies zu befriedigen, werden sogenannte „geschleppte Bürsten" verwendet. Geometrisch ist das so zu verstehen, dass die Bürsten nicht radial angeordnet sind, sondern zur radialen Achse um einen Winkel – üblicherweise 5 bis 20° – in Motordrehrichtung geneigt sind. Dieser Neigungswinkel lässt eine Änderung der Motordrehrichtung durch simples elektrisches Umpolen des Motors (Pluspol wird Minuspol und Minuspol wird Pluspol) oder durch Umpolen der in der Regel zwei Magnete (Nord wird Süd und Süd wird Nord) nicht zu, da der Motor dies mit lauten Kohlegeräuschen und einem schlechtem Wirkungsgrad quittieren würde.

Drittens müssen verschiedene Leistungsklassen kostengünstig herstellbar sein. Aus diesem Grund werden verschiedene Kohlequerschnitte, beispielsweise mit 8 × 8mm und 8 × 10 mm Kohlequerschnitt verwendet. Um diese Anforderung zu befriedigen und um kostenmäßig wettbewerbsfähig zu bleiben, werden im unteren Leistungsspektrum, d.h. bei leistungsschwachen Motoren kleine Kohlequerschnitte, z.B. mit einem Kohlequerschnitt von 8 × 8mm und im oberen Leistungsspektrum, d.h. bei leistungsstarken Motoren große Kohlequerschnitte, z.B. mit einem Kohlequerschnitt von 8 × 10mm zur Motorbestückung eingesetzt. Dies erfordert ggf. auch angepasste Kohleköcher.

Zur Realisierung dieser drei Anforderungen (spezifische Drehrichtung des Motors + leise Kohlen durch Schleppung + an die Leistung angepasster Kohlequerschnitt) wird mit folgenden technischen Möglichkeiten im Bereich des Bürstenträgers gearbeitet.

Einerseits erhält der Motor je nach Drehrichtung und Leistungsklasse je einen spezifischen Bürstenträger bestehend aus einer drehrichtungsabhängigen Kunststoffbürstenplatte mit angespritzten/integrierten Kunststoffbürstenköchern, zwei drehrichtungsunabhängigen Kohlebürsten und zwei drehrichtungsunabhängigen Federn. Hierzu werden folgende Werkzeuge für die Abbildung eines Baukastens benötigt: 1 Werkzeug für die Bürstenplatte für Drehrichtung links und für den Kohlequerschnitt 8 × 8mm, 1 Werkzeug für die Bürstenplatte für Drehrichtung rechts und für den Kohlequerschnitt 8 × 8mm, 1 Werkzeug für die Bürstenplatte für Drehrichtung links für den Kohlequerschnitt 8 × 10mm, 1 Werkzeug für die Bürstenplatte für Drehrichtung rechts für den Kohlequerschnitt 8 × 10mm, 1 Werkzeug für die Bürste 8 × 8mm, 1 Werkzeug für die Bürste 8 × 10mm und 1 Vorrichtung für die Federherstellung. Dies ergibt insgesamt sieben Werkzeuge. Der Nachteil hierbei ist, dass diese Bürstenhalterbauform sich meistens nur für Motoren mit niedrigen Leistungsklassen eignet, da die Kunststoffköcher meistens bei hohen Leistungsklassen thermisch verschmoren. Diese Lösung ist nicht geeignet, um ein Baukasten aufzubauen, mit dem leistungsstarke Motoren gebaut werden können.

Andererseits erhält der Motor mit höheren Anforderungen an die Leistung je nach Drehrichtung und Leistungsklasse je einen spezifischen Bürstenträger bestehend aus einer spezifischen, drehrichtungsabhängigen Kunststoff- oder Hartpapierbürstenplatte, 2 drehrichtungsabhängigen Metallkohleköchern, 2 drehrichtungsabhängigen Kohlebürsten und 2 drehrichtungsunabhängigen Federn. Je nach Leistungsklasse kann die Bürstenplatte mit einem 8 × 8mm- oder 8 × 10mm-Kohleköcher bestückt werden. Für die Abbildung eines Baukastens werden folgende Werkzeuge benötigt: 1 Werkzeug für den drehrichtungsunabhängige Universal-Bürstenhalter, 1 Werkzeug für Kohleköcher 8 × 8mm mit der Drehrichtung links sowie 1 Werkzeug für die Kohleköcher 8 × 10mm mit der Drehrichtung links, 1 Werkzeug für Kohleköcher 8 × 8mm mit der Drehrichtung rechts sowie 1 Werkzeug für Kohleköcher 8 × 10mm Drehrichtung rechts, 1 Werkzeug für die drehrichtungsunabhängige Kohlebürste 8 × 8mm, 1 Werkzeug für die drehrichtungsunabhängige Kohlebürste 8 × 10mm und 1 Vorrichtung für die Federherstellung. Dies ergibt insgesamt acht Werkzeuge.

Beiden Baukästen ist gemein, dass eine einzige, zusammenhängende Bürstenplatte verwendet wird, die Kohleköcher, Kohlen, Federn und eventuell Entstörelemente trägt, dass nur eine Drehrichtung je Bürstenhalter möglich ist und dass die Zahl der erforderlichen Werkzeug recht hoch ist.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Bürstenhalter für elektrische Maschinen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil eines funktional symmetrischen Aufbaus. Es wird nur noch ein Bürstenhalter, d.h. Bürstenplatte ggf. mit Metallkohleköcher, sowie „geschleppte" Bürsten und Federn je Kohlequerschnitt zusammengebaut. Die Bürstenträger werden nur noch für eine Drehrichtung aufgebaut. Durch Wenden um 180° um eine Wendeachse in einer Symmetrieebene, kann er so in ein Motor- oder Polgehäuse oder einem Lagerdeckel bzw. -bügel eingesetzt werden, dass beide Motordrehrichtungen realisiert werden können.

Weiterhin hat der Bürstenhalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 den Vorteil, dass maximal nur sechs Werkzeuge benötigt werden. Aus diesen maximal sechs Werkzeugen kann ein kompletter Baukasten bedient werden, der zumindest die beiden ersten der oben genannten Anforderungen erfüllt. Das hat eine drastische Kostenreduzierung bei den Erstwerkzeugkosten, insbesondere bei Produktionsstart zur Folge, gerade wenn global an mehreren Standorten produziert und für jeden Standort eigene Werkzeuge erforderlich sind. Die Kostenreduktion beim Produktionsstart nimmt mit dem Anstieg der Anzahl der Fertigungsstandorte zu.

Hierzu weist der Bürstenhalter für eine elektrische Maschine, der zwei Stirnseiten hat, wenigstens eine Halterung auf, in der wenigstens eine Bürste beweglich aufgenommen ist, und einen Träger, der die Halterung trägt und der Befestigungsabschnitte aufweist, mit denen der Bürstenhalter an der elektrischen Maschine fixiert ist, wobei Befestigungsabschnitte derart an beiden Stirnseiten des Trägers ausgebildet sind, dass der Träger sowohl mit der einen als auch der anderen Stirnseite an der elektrischen Maschine fixierbar ist.

Die Bürstenplatte kann sowohl mit den genannten Kohleköchern 8 × 8mm als auch mit den Kohleköchern 8 × 10mm bestückt werden.

Außerdem reduziert sich der Rüstaufwand während der Produktion, da nur Bürstenträger einer Drehrichtung gefertigt werden müssen. Ferner reduzieren sich auch Allgemeinkosten, die schwerer für jedes einzelne produzierte Teil genau quantifizierbar sind, da Mehr- bzw. Doppelaufwand entfällt bei Entwicklungskosten, quantifizierbare Kosten, da Mehr- bzw. Doppelaufwand entfällt bei Entwicklungskosten, Verwaltungskosten zusätzlicher Teilenummern, Änderungskosten, Qualitätssicherungskosten, Freigabeaufwand und -kosten. Außerdem ergibt sich keine Teileverwechselbarkeit während der Produktion.

Vorzugsweise verläuft zwischen den Befestigungsabschnitten der beiden Stirnseiten eine Symmetrieebene, da sich dadurch eine einfache Konstruktion ergibt. Vorteilhafterweise verläuft die Symmetrieebene entlang der Bewegungsrichtung einer Bürste in der wenigstens einen Halterung, da dadurch Bürsten unterschiedlicher Erstreckung in axialer Richtung des Bürstenhalters immer symmetrisch zu den Befestigungsabschnitten laufen.

Dadurch, dass die Befestigungsabschnitte in Axialrichtung des Bürstenhalters ausgerichtete Anschläge aufweisen, die von jeder Stirnseite den gleichen Abstand zur Symmetrieebene haben, lässt sich der Bürstenhalter an der elektrischen Maschine leicht axial positionieren.

Dadurch, dass die Halterung in Randbereichen Rippen aufweist, die parallel zur Bewegungsrichtung der Bürste im Aufnahmeteil angeordnet sind, derart dass Bürsten, die senkrecht zur Bewegungsrichtung unterschiedliche Erstreckungen aufweisen mit einer ersten Symmetrieebene, die parallel zur Bewegungsrichtung verläuft, symmetrisch und/oder mittig zwischen den Befestigungsabschnitten der beiden Stirnseiten angeordnet sind, decken sich die weiteren Symmetrieebenen von Bürsten unterschiedlicher Erstreckung in axialer Richtung des Bürstenhalters mit der ersten Symmetrieebene.

Vorzugsweise ist die Halterung eine U-förmige Aufnahme für einen Bürstenköcher. Dadurch lässt sich die Halterung leicht fertigen und der Bürstenköcher sich leicht bestücken. Die bevorzugteste Weiterbildung ist auch die, dass Bürstenköcher vorgesehen sind, da sich nur mit ihnen Motoren mit sehr hoher Leistung verwirklichen lassen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung sind an wenigstens zwei sich gegenüberliegenden Seiten der Halterung Federzungen zur Bedämpfung eines Bürstenköchers angeordnet, die vorzugsweise straff an den Bürstenköchern anliegen. Dadurch kann das Geräusch reduziert werden.

Dadurch, dass die Befestigungsabschnitte am Außenumfang des Bürstenhalters angeordnet sind und zumindest bereichsweise durchgehend von der einen zur anderen Stirnseite verlaufen, lässt sich der Bürstenhalter trotz der Wendbarkeit leicht am Gehäuse der elektrischen Maschine befestigen.

In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Bürstenhalter Hakenpaare zur Fixierung von Bürstenlitzen auf. Damit wird gewährleistet, dass die Bürstenlitzen keinen Kurzschluss zu umliegenden Bauteilen erzeugen. In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Bürstenhalter Taschen zur Aufnahme von Entstörelementen auf.

In einer bevorzugten Weiterbildung verlaufen zumindest die Befestigungsabschnitte der beiden Stirnseiten symmetrisch zu einer Linie, die senkrecht auf einer Achse eines rotierenden Kontaktelements steht, das im Betrieb der elektrischen Maschine mit der wenigstens einen Bürste zusammenwirkt, so dass diese Linie vorzugsweise eine Wendeachse bildet, um die der Bürstenhalter gewendet und wahlweise mit seinen beiden Stirnseiten an einer elektrischen Maschine befestigbar ist: Dies ist besonders sinnvoll bei einem Bürstenhalter, der wenigstens zwei Halterungen aufweist, die sich diametral gegenüberliegen und über wenigstens zwei, vorzugsweise ringsegmentförmige Verbindungsstreben miteinander verbunden sind.

Ein einfacher und platzsparender Aufbau ergibt sich, wenn der Träger die Form eines Rahmens hat, der zwei sich gegenüberliegende Rahmenstreben hat, die radial um die Verbindungsstreben verlaufen, und der zwei sich gegenüberliegende Brücken hat, die zumindest an den von den Bürsten abgewandten Seiten der Halterungen vorbeiführen.

Vorzugsweise ist der Träger über mindestens drei, vorzugsweise vier Federelemente mit den Halterungen und/oder den Verbindungstreben verbunden. Dadurch, dass die Federelemente mit einem ersten Abschnitt auf einer Stirnseite axial vom Träger abstehen, in einen ersten halbkreisförmigen Bogenabschnitt übergehen, mit einem im wesentlichen geraden Mittelabschnitt zwischen dem Träger und den Halterungen sowie den Verbindungsstreben hindurchragen, in einen zweiten halbkreisförmigen Bogenabschnitt übergehen und mit einem zweiten axial verlaufenden Abschnitt an den Halterungen und/oder Verbindungsstreben an der zweiten Stirnseite befestigt sind, laufen die Bürsten auf einem Kommutator mit einem verminderten Risiko eines unrunden Laufs. Dadurch sind die Federelemente im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Federelementen für Bürstenhalter, beispielsweise DE 42 41 405 A1 , in Umfangsrichtung relativ weich und in Axialrichtung sowie Radialrichtung relativ steif.

Dadurch, dass der Träger mindestens drei, vorzugsweise vier Befestigungsabschnitte hat, die jeweils an den Übergangsbereichen der Rahmenstreben und der Brücken ausgebildet sind, ergibt sich ein mechanisch stabiler Aufbau.

Vorzugsweise sind die Befestigungsabschnitte radial nach außen gerichtete Fortsätze, die Verjüngungen aufweisen, die auf einem Kreisbogen liegen und die vorzugsweise in Ausnehmungen einer Gehäusewand der elektrischen Maschine steckbar sind und die vorzugsweise einen axial verlaufenden Hohlraum aufweisen. Dies ergibt eine leichte Montage, eine gute Zentrierung und einen stabilen Halt.

An einem derartigen Bürstenhalter sind vorzugsweise zwei Halterungen vorgesehen, deren Mittelachsen parallel und mit Versatz zueinander verlaufen, so dass die Halterungen die Bürsten im Betrieb der elektrischen Maschine geneigt in die Drehrichtung des rotierenden Kontaktelements ausgerichtet sind. Dies ergibt eine leicht handhabbare Baugruppe, die zudem gute Geräuscheigenschaften hat.

Vorzugsweise sind an den Rahmenstreben an einer Stirnseite axial abstehende Pfosten zur Durchführung von Bürstenlitzen ausgebildet, wodurch die Bürstenlitzen besser geführt und somit gegen das Risiko eines Kurzschlusses, insbesondere zu Anbauteilen gesichert sind.

Dadurch, dass der Bürstenhalter im Wesentlichen die Form eines Kreissegments hat, eignet sich ein derartiger Bürstenhalter gut als Einzelbürstenhalter für eine einzelne Bürste bzw. für einen einzelnen Bürstenköcher. Dies ermöglicht die Verwendung von zwei, vier oder sechs dieser Baugruppen für den Zusammenbau von zwei-, vier- oder sechspoligen Motoren. Es reicht also aus, nur ein Einfachteil zu bauen und durch Mehrfachverwendung komplette Motoren zu fertigen. Dies wird dadurch erleichtert, dass der Träger im Wesentlichen die Form eines Kreisbogensegments hat und die Halterung innerhalb dieses Kreisbogens angeordnet ist.

Ein weiterer Vorteil eines Einzelbürstenhalters liegt darin, dass er klein ist, wodurch auch die Werkzeuge für den Bürstenhalter verglichen mit konventionellen Bürstenträgeraufbauten klein sind. Auf einer ähnlich großen Werkzeugfläche werden mehr Bürstenplatten je Werkzeug ausgeworfen; alleine durch die bessere Ausnutzung der vorhandenen Fläche. Und das obwohl je Motor mindestens zwei Bürstenhalter verwendet werden müssen. Der Bereich der für einen Kommutator bei konventionellen Bürstenplatten ausgespart ist, wird jetzt mitverwendet. Dennoch werden alle drei eingangs genannten Anforderungen erfüllt.

Dadurch, dass der Beginn der Halterung außermittig an dem Träger ausgebildet ist und zur Radialen des Kreisbogens geneigt ist, wird auf einfache Weise eine „geschleppte Bürste" realisiert.

Wenn die Befestigungsabschnitte dadurch ausgebildet sind, dass der Träger zwei kreissegmentförmige Wände hat, die an jeder der beiden Stirnseiten jeweils eine Nut begrenzen, wobei die beiden Nuten miteinander fluchten und zumindest teilweise durch einen Boden getrennt sind, der die beiden Wände miteinander verbindet, lässt sich der Bürstenhalter einfach an einem Motorgehäuse befestigen. Dadurch, dass die Nuten am Rand des Trägers durchgehend sind und nicht durch den Boden getrennt sind, kann der Bürstenhalter noch tiefer in eine Ausnehmung im Motorengehäuse stecken.

Vorzugsweise korrespondieren hierzu die Radien der beiden kreissegmentförmigen Wände mit dem der Gehäusewand einer zu montierenden elektrischen Maschine.

Zur besseren Befestigung sind an den Wänden Aussparungen vorgesehen, die Federzungen ausbilden, wobei vorzugsweise an den Wänden einander zugewandte Stege ausgebildet sind, die Verengungen bilden.

Dadurch, dass die Halterung von einer Strebe des Trägers abgestützt wird, die außermittig am Träger beginnt und mit dem Ende der Halterung verbunden ist, lässt sich Material einsparen bzw. ein Bauteil im Zwischenraum einklemmen, wobei der Bürstenhalter dennoch mechanisch stabil ist.

Ein derartiger Bürstenhalter mit wenigstens einer Bürste und/oder mit wenigstens einem mit einer Bürste versehenen Bürstenköcher ermöglicht auf einfache Weise einen Baukasten.

Dadurch, dass der Bürstenhalter mit wenigstens einem ersten Bürstenköcher bestückbar ist, der senkrecht zur Bewegungsrichtung der Bürste eine erste Erstreckung hat, oder mit wenigstens einem zweiten Bürstenhalter bestückbar ist, der senkrecht zur Bewegungsrichtung eine zweite Erstreckung hat, die größer ist als die erste Erstreckung, und dass der zweite Bürstenhalter wenigstens einen Fortsatz aufweist, der am Grund der Halterung aufliegen und dessen Höhe gleich (zweite Erstreckung – erste Erstreckung)/2 ist, so dass die Mittelebenen der Bürsten in den Bürstenköchern jeweils mittig zwischen den Befestigungsabschnitten der beiden Stirnseiten liegen, ist der Bürstenhalter sowohl für niedrige als auch hohe Leitungsklassen verwendbar. Alternativ lässt sich dies dadurch erreichen, dass der Bürstenhalter mit wenigstens einem ersten Bürstenköcher bestückbar ist, der senkrecht zur Bewegungsrichtung der Bürste eine erste Erstreckung hat, oder mit wenigstens einem zweiten Bürstenhalter bestückbar ist, der senkrecht zur Bewegungsrichtung eine zweite Erstreckung hat, die größer ist als die erste Erstreckung, und dass der erste Bürstenhalter wenigstens seitliche Fortsätze aufweist, die an den Stegen zur Anlage kommen, so dass die Mittelebenen der Bürsten in den Bürstenköchern in mittig zwischen den Befestigungsabschnitten der beiden Stirnseiten liegen.

Mit einer elektrischen Maschine, vorzugsweise Kommutatormotor mit einem oder mehreren derartigen Bürstenhaltern, wobei der oder die Bürstenhalter an einer Stirnseite des Gehäuses der elektrischen Maschine befestigt ist bzw. sind, lässt sich leicht ein Baukasten realisieren.

Dadurch, dass der oder die Bürstenhalter auf die Stirnseite der elektrischen Maschine gesteckt und von einem Deckel gehalten ist bzw. sind, ergibt sich eine einfache Fixierung. Dadurch, dass die Befestigungsabschnitte in Ausnehmungen des Gehäuses an der Stirnseite gesteckt sind, ergibt sich ein guter Halt.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine elektrische Maschine in einem Längsschnitt,
2 eine perspektivische Ansicht eines Bürstenhalters für zwei Bürsten im Gehäuse der elektrischen Maschine nach 1 in einer ersten Einbaulage,
3 eine perspektivische Ansicht des Bürstenhalters im Gehäuse der elektrischen Maschine nach 1 in einer zweiten Einbaulage,
4 den Bürstenhalter nach 2 ohne Gehäuse aber mit ersten Bürsten,
5 den Bürstenhalter nach 3 ohne Gehäuse aber mit ersten Bürsten,
6 den Bürstenhalter nach 4 ohne Bürsten,
7 den Bürstenhalter nach 4 in einer Draufsicht,
8 den Bürstenhalter nach 5 in einer Draufsicht,
9 den Bürstenhalter nach 7 in einer Vorderansicht mit den ersten Bürsten,
10 den Bürstenhalter nach 7 in einer Vorderansicht nur mit Bürstenköchern der ersten Bürsten,
11 die Bürstenköcher der ersten Bürsten in einer Unteransicht,
12 den Bürstenhalter nach 7 in einer Vorderansicht mit zweiten Bürsten,
13 den Bürstenhalter nach 7 in einer Vorderansicht nur mit Bürstenköchern der ersten Bürsten,
14 die Bürstenköcher der zweiten Bürsten in einer Unteransicht,
15 eine perspektivische Ansicht zweier Einzelbürstenhalter im Gehäuse der elektrischen Maschine von 1 in einer ersten Einbaulage,
16 eine perspektivische Ansicht der Einzelbürstenhalter im Gehäuse der elektrischen Maschine von 1 in einer zweiten Einbaulage,
17 die Einzelbürstenhalter nach 15 ohne Gehäuse und Bürsten,
18 einen Einzelbürstenhalter nach 15 in einer Ansicht von oben,
19 einen Einzelbürstenhalter nach 15 in einer Ansicht von unten,
20 einen Einzelbürstenhalter nach 15 in einer Vorderansicht mit dritten Bürstenköchern,
21 einen Einzelbürstenhalter nach 15 in einer Vorderansicht mit den Bürstenköchern der zweiten Bürsten,
22 den dritten Bürstenköcher in einer Ansicht von links,
23 den dritten Bürstenköcher in einer Ansicht von unten,
24 den zweiten Bürstenköcher in einer Ansicht von links und
25 den zweiten Bürstenköcher in einer Ansicht von links.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der 1 ist ein Teil einer elektrischen Maschine 10 in einem Längsschnitt vereinfacht dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen bürstenbehafteten Gleichstrommotor, auch Kommutatormotor genannt, der vorzugsweise in einem Lüfterantrieb eines Kraftfahrzeugs zu Anwendung kommt. Es sind jedoch andere Anwendungen beispielsweise in einen Fensterheber, Wischerantrieb, Sitzversteller oder sonstigen Anwendungen in einem Kraftfahrzeug denkbar. Es kann sich aber auch um einen Generator handeln. Die elektrische Maschine 10 hat vorzugsweise nur eine Drehrichtung, weshalb sie besonders für den bereits erwähnten Lüfterantrieb bestimmt ist. Auch aufgrund der niedrigen Geräusche ist die elektrische Maschine 10 am besten für einen Lüfterabtrieb geeignet.
In der elektrischen Maschine 10 ist auf der Welle für den Fall, dass es sich um einen bürstenbehafteten Gleichstrommotor handelt, ein Kommutator angeordnet. Im Falle eines Generators wäre dies ein Schleifring. In beiden Fällen handelt es sich jedoch um ein Kontaktelement, das vorzugsweise rotiert.
Die elektrische Maschine 10 umfasst ein Gehäuse 12, insbesondere ein Polgehäuse, und einen darin angeordneten Anker 14. Der Anker 14 weist eine Welle 16 und ein Ankerpaket 17 mit einer nicht näher dargestellten Ankerwicklung auf. Die Ankerwicklung ist über Drähte 18 mit Haken eines Kommutators 20 verbunden. Der Kommutator 20 wird am Umfang von zwei Kohlebürsten bzw. Bürsten 22 an zwei radial gegenüberliegenden Seiten beaufschlagt. Die Bürsten 22 sind auf einem ersten Bürstenhalter 24 angeordnet. Vom Bürstenhalter 24, der als Kunststoffspritzgussteil hergestellt ist, werden zwei Ausführungsbeispiele, 24.1 sowie 24.2, noch näher beschreiben. Der Kommutator 20, die Bürsten 22 und der Bürstenhalter 24 bilden eine Kommutierungsvorrichtung 26. Der Bürstenhalter 24 wird vorzugsweise durch einen Deckel 28 am Gehäuse 12 gehalten bzw. fixiert. Der Deckel 28 kann auch ein Lagerdeckel oder Lagerbügel sein. Der Bürstenhalter 24 kann auch in einen solchen Lagerdeckel oder Lagerbügel eingesetzt sein.
In den 2 bis 8 und auch 9, 10, 12 und 13 ist ein in das Gehäuse 12 der elektrischen Maschine 10 eingeschobener erster Bürstenhalter 24.1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel ohne den Anker 14, den Kommutator 20 und den Deckel 28 gezeigt. Der Bürstenhalter 24.1 ist an einer Stirnseite 29 des Gehäuses 12 der elektrischen Maschine 10 befestigt.
Der Bürstenhalter 24.1 weist zwei Stirnseiten 30, 32 auf. Er weist außerdem zwei sich diametral gegenüberliegende, vorzugsweise U-förmige Halterungen 34 mit Seitenwänden 34.1 und einem Grund 34.2 auf, in denen jeweils eine Bürste 22 in einem als Blechstanzbiegeteil hergestellten Bürstenköcher 38 verschiebbar und durch eine Feder 40 beaufschlagt angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass drei, vier oder noch mehr Halterungen 34 vorgesehen sind.
Außerdem weist der Bürstenhalter 24.1 als weiteren wesentlichen Teil einen Träger 42 auf, der die Halterungen 34 trägt. Die Mittelachsen 44 der beiden Halterungen 34 verlaufen parallel und mit Versatz zueinander, so dass die Bürsten 22 im Betrieb der elektrischen Maschine 10 geneigt in die Drehrichtung des Kommutators 20 gerichtet sind. Dies hat einen sehr leisen Lauf zur Folge, wodurch sich die besondere Eignung der elektrischen Maschine 10 als Lüfterantrieb ergibt. Die beiden Halterungen 34 sind über zwei, vorzugsweise ringsegmentförmige Verbindungsstreben 46 miteinander verbunden. Auf die Halterungen 34 und die Bürstenköcher 38 wird noch näher eingegangen.
Der Träger 42 hat die Form eines Rahmens. Er wird gebildet durch zwei sich gegenüberliegende Rahmenstreben 48, die radial um die Verbindungsstreben 46 der Halerungen 34 verlaufen. Ferner weist er zwei sich gegenüberliegende Brücken 50 auf, die zum einen an den von den Bürsten 22 abgewandten Seiten der Halterungen 34 vorbeiführen. Jede Brücke 50 umfasst vorzugsweise einen Bügel 52, der radial um die Halterungen 34 herumführt, jedoch unterhalb der Bürstenköcher 38. Auch können nur ein Bügel 52 vorgesehen sein und keine Brücken 50.
Der Träger 42 weist am Außenumfang Befestigungsabschnitte 54 auf, mit denen der Bürstenhalter 24 an der elektrischen Maschine 10 am Gehäuse 12 fixiert ist. Die Befestigungsabschnitte 54 sind derart an beiden Stirnseiten 30, 32 des Trägers 42 ausgebildet, dass der Träger 42 und somit der Bürstenhalter 24 mit der einen Stirnseite 30 und auch der anderen Stirnseite 32 am Gehäuse 12 fixierbar ist.
Statt der gezeigten vier Befestigungsabschnitte 54 kann der Träger 42 auch mit dreien am Gehäuse 12 befestigt sein. Die vier Befestigungsabschnitte 54 sind jeweils an den Übergangsbereichen der Rahmenstreben 48 und der Brücken 50 ausgebildet. Wie besonders deutlich aus den 7 und 8 hervorgeht, sind die Befestigungsabschnitte 54 radial nach außen gerichtete Fortsätze, die zumindest außen aber wie gezeigt vorzugsweise auch seitlich durchgehend von der einen Stirnseite 30 zur anderen Stirnseite 32 verlaufen. Die Befestigungsabschnitte 54 weisen Verjüngungen 56 auf, die, wie auch die Befestigungsabschnitte 54 selbst, auf einem Kreisbogen liegen, der durch das Gehäuse 12 verdeutlicht wird. Die Befestigungsabschnitte 54 bzw. die Verjüngungen 56 werden vorzugsweise in stirnseitige Ausnehmungen 58 (2 und 3) oder Fenster der Gehäusewand 12 gesteckt, wodurch sich eine formschlüssige Sicherung gegen Verdrehen ergibt. Die Verjüngungen 56 weisen vorzugsweise jeweils einen axial verlaufenden Hohlraum 60 auf, wodurch sich eine größere Elastizität und bessere Dämpfung ergibt.
Am Außenumfang der Befestigungsabschnitte 54 sind seitlich abstehende Nasen 62 ausgebildet. Diese liegen am Außenumfang des Gehäuses 12 an und bilden den äußeren Abschluss der Verjüngungen 56. Den inneren Abschluss oder auch Beginn der Verjüngungen 56 wird durch einen Absatz bzw. eine Schulter 64 gebildet, die am Innenumfang des Gehäuses 12 anliegt. Dadurch ist eine formschlüssige Sicherung gegen radiale Bewegungen des Bürstenhalters 24 gebildet. Die in Axialrichtung des Bürstenhalters 24.1 ausgerichteten Stirnseiten 66, 68 der Befestigungsabschnitte 54 liegen am Gehäuse 12 an und bilden axiale Anschläge.
Die Stirnseiten 66, 68 haben den gleichen Abstand zu einer besonders gut in 6 erkennbaren Symmetrieebene 70. Diese verläuft zwischen den Befestigungsabschnitten 54 der beiden Stirnseiten 30, 32. Die Symmetrieebene 70 verläuft entlang der mit einem Doppelpfeil dargestellten Bewegungsrichtung 72 der Bürsten 22 in den Halterungen 34.
Die Befestigungsabschnitte 54 der beiden Stirnseiten 30, 32 verlaufen symmetrisch zu einer Linie 74 verlaufen, die senkrecht auf der Längsachse des Kommutators 20 steht, der im Betrieb der elektrischen Maschine 10 mit den beiden Bürsten 22 zusammenwirkt. Dadurch bildet die Linie 74 eine Wendeachse, um die der Bürstenhalter 24.1 gewendet und mit wahlweise mit seinen beiden Stirnseiten 30, 32 an der elektrischen Maschine 10 befestigbar ist.
Als weitere, d.h. zusätzliche oder alternative erfindungsgemäße Weiterbildung des Bürstenhalters 24.1 weist der Träger 42 mindestens drei, vorzugsweise vier Federelemente 76, mit denen er mit den Halterungen 34 und/oder den Verbindungstreben 46 verbunden ist. Die Federelemente 76 stehen mit einem ersten Abschnitt 76.1 auf einer Stirnseite 32 axial vom Träger 42 ab und gehen in einen ersten halbkreisförmigen Bogenabschnitt 76.2 über. Mit einem im wesentlichen geraden Mittelabschnitt 76.3 ragen sie zwischen dem Träger 42 und den Halterungen 34 sowie den Verbindungsstreben 46 hindurch und gehen in einen zweiten halbkreisförmigen Bogenabschnitt 76.4 über. Mit einem sich daran anschließenden, zweiten axial verlaufenden Abschnitt 76.5 sind die Federelemente dann an den Halterungen 34 und/oder den Verbindungsstreben 46 der zweiten Stirnseite 30 befestigt. In Drehrichtung des Kommutators 20 bzw. Umfangsrichtung des Bürstenhalters 24.1 haben die Federelemente 76 eine geringere Erstreckung als senkrecht zur Drehrichtung des Kommutators bzw. der Umfangsrichtung des Bürstenhalters 24.1. Die größere Erstreckung ist ca. fünf Mal größer als die kleinere Erstreckung, wobei ein Bereich von drei bis acht Mal so groß auch noch gute Werte liefert. Dadurch sind die Federelemente 76 in Umfangsrichtung relativ weich und in Axialrichtung sowie Radialrichtung – jeweils des Bürstenhalters 24.1 bzw. der elektrischen Maschine 10 – relativ steif.
In den 9 bis 14 wird eine weitere, d.h. zusätzliche oder alternative erfindungsgemäße Weiterbildung des Bürstenhalters 24.1 verdeutlicht. Die Halterungen 34 haben in ihren Randbereichen Rippen 78, die parallel zur Bewegungsrichtung der Bürsten 22 angeordnet sind. Dadurch sind Bürsten 22, die senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung unterschiedliche Erstreckungen aufweisen, mit einer Symmetrieebene, die parallel zur Bewegungsrichtung verläuft, symmetrisch und/oder mittig zwischen den Befestigungsabschnitten 54 der beiden Stirnseiten 30, 32 angeordnet. Dadurch ergeben sich ein bessere Laufeigenschaften.
Um dies zu verdeutlichen, ist in den 9 bis 11 eine erste Bürste 22.1 dargestellt, die in einem ersten Bürstenköcher 38.1 angeordnet ist. Die Bürste 22.1 hat beispielsweise eine Querschnittsfläche von 8 × 8mm. Der Bürstenköcher 38.1 ist aus einem Blech, bspw. Kupferblech, von ca. 0,5mm Stärke. Dadurch ergibt sich eine Erstreckung in Axialrichtung von 9mm.
In den 12 bis 14 ist eine zweite Bürste 22.2 dargestellt, die in einem zweiten Bürstenköcher 38.2 angeordnet ist. Die Bürste 22.2 hat beispielsweise eine Querschnittsfläche von 8 × 10mm. Der Bürstenköcher 38.2 ist auch aus einem Blech, bspw. Kupferblech, von ca. 0,5mm Stärke. Dadurch ergibt sich eine Erstreckung in Axialrichtung von 11mm. Der Abstand der Rippen 78 ist so bemessen, dass der zweite Bürstenköcher 38.2 am Grund der Halterung 34 aufliegt.
Damit nun beide Bürsten 22.1 und 22.2 mittig in der Symmetrieebene 70 liegen, sind die Rippen 78 (11mm-9mm)/2=1mm hoch. Bei anderen Maßen gilt für die Höhe der Rippen 78: Gesamterstreckung des Bürstenköchers, der in Axialrichtung der elektrischen Maschine 10 oder des Bürstenhalters 24.1 das größere Maß hat minus Gesamterstreckung des Bürstenköchers, der in Axialrichtung der elektrischen Maschine 10 oder des Bürstenhalters 24.1 das kleinere Maß und das Ergebnis geteilt durch zwei.
Der erste Bürstenköcher 38.1 hat für die Auflage auf den Rippen 78 seitlich abstehende Flügel 80. Die Flügel 80 stehen quer oder senkrecht zu Einsteckzungen 81. Ansonsten können die Bürstenköcher 38 so ausgebildet, hergestellt und befestigt sein, wie beispielsweise in der EP 691 047 oder US 5,696,418 bekannt, auf deren Offenbarung an dieser Stelle Bezug genommen wird.
Durch die eben beschrieben Weiterbildung ergibt sich also, dass der Bürstenhalter 24.1 mit einem ersten Bürstenköcher 38.1 bestückbar ist, der senkrecht zur Bewegungsrichtung der Bürste 22.1 eine erste Erstreckung hat, oder dass der Bürstenhalter 24.1 mit einem zweiten Bürstenhalter 38.2 bestückbar ist, der senkrecht zur Bewegungsrichtung eine zweite Erstreckung hat, die größer ist als die erste Erstreckung, und dass der erste Bürstenköcher 38.1 wenigstens seitliche Fortsätze 80 aufweist, die an den Rippen 78 zur Anlage kommen, so dass die – in diesem Fall der Symmetrieebene 70 entsprechenden – Mittelebenen der beiden Bürsten 22.1 und 22.2 mittig zwischen den Befestigungsabschnitten 54 der beiden Stirnseiten 30, 32 liegen. Allerdings genügt es, wenn die beiden Bürsten 22.1 und 22.2 quasi miteinander flüchten, unabhängig davon, ob eine Symmetrieebene 70 vorgesehen ist.
Außerdem sind an den Rahmenstreben 48 an einer Stirnseite 30 axial abstehende Pfosten 82 zur Durchführung von Bürstenlitzen 84 der Bürsten 22 ausgebildet. Ferner weist der Bürstenhalter Hakenpaare 86 zur Fixierung der Bürstenlitzen 84 auf. Schließlich hat der Bürstenhalter 24, vorzugsweise in den Rahmenstreben 48 Taschen 88 zur Aufnahme von nicht dargestellten Entstörelementen.
In den 15 bis 21 sind zwei in das Gehäuse 12 der elektrischen Maschine 10 eingesetzte Bürstenhalter 24.2 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel ohne den Anker 14, den Kommutator 20 und den Deckel 28 gezeigt. Die Bürstenhalter 24.2 haben im Wesentlichen die Form eines Kreissegments und sind an einer Stirnseite 29 des Gehäuses 12 der elektrischen Maschine 10 befestigt. Hierzu sind die Bürstenhalter 24.2 mit Befestigungsabschnitten 90 in Ausnehmungen 92 an der Stirnseite 29 des Gehäuses 12 gesteckt und vom Deckel 28 gehalten.
Die Bürstenhalter 24.2 weisen auch jeweils zwei Stirnseiten 30, 32 auf. Sie umfassen jeweils eine vorzugsweise U-förmige Halterung 94 mit Seintenwänden 94.1 und einem Grund 94.2, in der eine Bürste 22 über ihren Bürstenköcher 38 beweglich aufgenommen ist. Ferner weisen die Bürstenhalter 24.2 jeweils einen Träger 96, der die Form eines Kreisbogensegments hat. Er trägt die Halterung 94 und weist Befestigungsabschnitte in der Form von zwei kreissegmentförmigen Wänden 98, 100 auf, mit denen der Bürstenhalter 24.2 an der elektrischen Maschine 10 fixiert ist. Die Wände 98, 100 sind derart an den beiden Stirnseiten 30, 32 des Trägers 96 ausgebildet sind, dass der Träger 96 bzw. der Bürstenhalter 24.2 sowohl mit der einen Stirnseite 30 als auch der anderen Stirnseite 32 an der elektrischen Maschine 10 fixierbar ist.
Die Wände 98, 100, die parallel zueinander verlaufen, wobei die Wand 98 innen und die Wand 100 außen verläuft, begrenzen jeder der beiden Stirnseiten 30, 32 jeweils eine axial verlaufende Nut 102, 104. Die beiden Nuten 102, 104 fluchten miteinander und sind zumindest teilweise durch einen Boden 106 getrennt, der die beiden Wände 98, 100 miteinander verbindet. Am Rand des Trägers 96 sind die Nuten 102, 104 durchgehend und nicht durch den Boden 106 getrennt. Dadurch, dass die Nuten 102, 104 Außenumfang des Bürstenhalters 24.2 angeordnet sind, verlaufen sie zumindest bereichsweise durchgehend von der einen Stirnseite 30 zur anderen Stirnseite 32. Die Radien der beiden kreissegmentförmigen Wände 98, 100 korrespondieren mit dem Radius der Innenfläche der Gehäusewand und mit dem Radius der Außenfläche der Gehäusewand der zu montierenden elektrischen Maschine 10. An den Wänden 98, 100 sind axial verlaufende Aussparungen 108 vorgesehen, die Federzungen 110 ausbilden. Auch sind an den Wänden 98, 100 einander zugewandte Stege 112 ausgebildet, die Verengungen bilden.
Wie besonders gut aus 17 hervorgeht, verläuft durch den Boden 108 der Wände 98, 100 eine bezüglich der Befestigung und der Lage der Bürsten 22 funktionale Symmetrieebene 114. Die Symmetrieebene 114 verläuft vorzugsweise entlang der Bewegungsrichtung der Bürste 22 in der Halterung 94. Der Boden 108 bildet mit seinen stirnseitigen Oberflächen in Axialrichtung des Bürstenhalters 24.2 ausgerichtete Anschläge, die von jeder Stirnseite 30, 32 den jeweils gleichen Abstand zur Symmetrieebene 114 haben.
Die Halterung 94 ist innerhalb des vom Träger 96 gebildeten Kreisbogens angeordnet. Der Beginn oder Ansatz der Halterung 94 ist außermittig an dem Träger 96 ausgebildet und zur Radialen dieses Kreisbogens geneigt. Dadurch ist die Bürste 22 am Kommutator 20 in Richtung seiner Drehrichtung geneigt, was einen leiseren Lauf ergibt. Die Halterung 94 wird von einer Strebe 116 des Trägers 96 abgestützt wird, die außermittig am Träger 96 beginnt und mit dem Ende der Halterung 94 verbunden ist.
Wie besonders aus der 17 hervorgeht, sind an zwei sich gegenüberliegenden Seiten 118, 120 der Halterung 94, vorzugsweise in Freischneidungen 121, Federzungen 122 zur Bedämpfung des Bürstenköchers 38 angeordnet. Die Federzungen 122 haben einen geringeren Abstand zueinander wie die Seiten 118, 120. An ihren Enden weisen sie einander zugewandte Nasen 123 auf, so dass sie nur mit diesen Nasen 123 mit den Bürsten 22 bzw. Bürstenköchern 38.1, 28.2 in Kontakt kommen. Auf einer Seite 118 sind zwei Federzungen 122 angeordnet. An der gegenüberliegenden Seite 120 eine Federzunge 122, die vorzugsweise mittig zu den beiden Federzungen 122 der Seite 118 angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine mechanisch bestimmte Dreipunktauflage. Da die Federzungen 122 unter Vorspannung anliegen, bedämpfen sie die Flächen der Bürstenköcher 38.1, 38.2, an denen sie aufliegen. Diese Flächen werden von der sich im Bürstenköcher 38.1, 38.2 tangential zur Kommutatordrehrichtung bewegenden Bürste 22.1, 22.2 dadurch angeregt, dass sie rhythmisch gegen diese Wand schlägt. Diese (die Bürstenköcherwand) wiederum wird durch den rotierenden Kommutator 20 zum Schwingen angeregt, besonders durch ungleichmäßige Reibverhältnisse zwischen der Bürste und dem Kommutator 20. Die Federzungen 122 wirken wie ein Stoßdämpfer, die die Schwingung schneller abklingen lassen, als wenn die Fläche frei unter Einfluss der Eigendämpfung ausschwingen würde.
In den 20 bis 21 wird eine weitere, d.h. zusätzliche oder alternative erfindungsgemäße Weiterbildung des Bürstenhalters 24.2 verdeutlicht.
Die Halterung 94 ist mit ersten Bürstenköchern 38.3 (20, 22, 23) sowie mit zweiten Bürstenköchern 38.2 (21, 24, 25 sowie 13, 14) bestückbar. Im Bürstenköcher 38.3 ist gemäß den 20 bis 23 eine erste Bürste 22.1 angeordnet. Die Bürste 22.1 hat beispielsweise eine Querschnittsfläche von 8 × 8mm. Der Bürstenköcher 38.3 ist aus einem Blech, bspw. Kupferblech, von ca. 0,5mm Stärke. Dadurch ergibt sich eine Erstreckung in Axialrichtung von 9mm.
In den 21, 24 und 25 ist eine zweite Bürste 22.2 dargestellt, die in einem zweiten Bürstenköcher 38.2 angeordnet ist. Die Bürste 22.2 hat beispielsweise eine Querschnittsfläche von 8 × 10mm. Der Bürstenköcher 38.2 ist auch aus einem Blech, bspw. Kupferblech, von ca. 0,5mm Stärke. Dadurch ergibt sich eine Erstreckung in Axialrichtung von 11mm.
Damit die – in diesem Fall der Symmetrieebene 70 entsprechenden – Mittelebenen der beiden Bürstenköcher 38.2 und 38.3 sich decken, hat der erste Bürstenhalter 38.3 mehrere Fortsätze 124, die am Grund der Halterung 94 aufliegen. Die Höhe der Fortsätze 38.3 ist: (zweite Erstreckung – erste Erstreckung)/2.
Bei der Herstellung der Bürstenköcher 38.3 als Stanzbiegeteile werden die Fortsätze 124 einfach ausgestanzt und umgebogen.
Die Halterung 94 ist zweckmäßigerweise so bemessen, dass die Mittelebenen der Bürsten 22.1 und 22.2 in den Bürstenköchern 38.2 und 38.3 jeweils mittig zwischen den beiden Stirnseiten 30, 32 liegen. Dadurch ergibt sich keine Neigung zum Verkanten.
Alternativ kann die Halterung 94 des Bürstenhalters 24.2 genauso wie die Halterung 34 des Bürstenhalters 24.1 mit Rippen 78 ausgeführt sowie mit Bürstenköchern 38.1 bestückt sein. Es könnte hier der Beschreibungsteil der 9 bis 14 wiederholt werden, es wird jedoch lediglich auf diesen verwiesen.
Der Bürstenhalter 24.2 kann ebenfalls Hakenpaare 86 gemäß dem Bürstenhalter 24.1 des ersten Ausführungsbeispiels zur Fixierung der Bürstenlitzen 84 aufweisen. Auch können Taschen 88 zur Aufnahme von Entstörelementen vorgesehen sein.
An der elektrischen Maschine 10 fixiert bedeutet in diesem Zusammenhang, nicht nur eine einfache Lagerung, die ein Verdrehen oder ein Verschwenken des ganzen an der elektrischen Maschine 10 angebrachten Bürstenhalters 24.1, 24.2 erlaubt. Fixiert bedeutet, dass der Träger 42, 96 nach der Montage im regulären Betrieb nicht verschwenkt oder verdreht wird und auch nicht axial verschoben wird. Die Fixierung gegen Verdrehen bzw. Verschwenken des Trägers 42, 96 und/oder des Bürstenhalters 24.1, 24.2 erfolgt formschlüssig. Die Fixierung gegen axiales Verschieben kann zunächst teilweise über einen Reibschluss erfolgen; nach der vollständigen Montage zusätzlich über einen Formschluss durch den Deckel 28. Der Träger 42, 96 selbst bewegt sich nach der Montage nicht. Fixiert bedeutet also, dass der Träger 42, 96 eingespannt ist, so dass er raumfest ist. Relativbewegungen der Halterung 34 sind aufgrund der Federelemente 76, wie beschrieben, möglich.
Die Symmetrieebenen 70, 115 liegen relativ zum Gehäuse 12 über den gesamten Baukasten, der aus Gehäusen 12 unterschiedlicher Längen bestehen kann, immer auf demselben Abstand.
Die Wendbarkeit der Bürstenträgers 24.1, 24.2 um eine „Wendeachse" 74 und der funktional symmetrische Aufbau bezüglich der Befestigungsabschnitte 54, 56, 62, 64; 98, 100, 102, 104, 106 ist wesentlich, da das funktional Gemeinsame aus der Schnittmenge aller Kohlebürstentypen (z.B. 8 × 8mm und 8 × 10mm) die Mitte aller Kohlebürsten 22.1, 22.2 ist. Diese Mitte deckt sich und liegt in der Symmetrieebene 70, 114. Sie muss gleichzeitig auch die Mitte der Befestigungsabschnitte 54, 56, 62, 64; 98, 100, 102, 104, 106 am Gehäuse 12 sein. Während der Produktion des Bürstenhalters 24.1, 24.2 wird immer ein einziger Typ verwendet, der mit spezifischen Bürstenköchern (8 × 8mm oder 8 × 10mm) bestückt werden kann. Es wird also immer nur eine Teilenummer für einen bestückten Bürstenhalter 24.1, 24.2 für 8 × 8mm-Kohlequerschnitt produziert (z.B. 0 abc def xx1) und eine zweite Teilenummer für einen bestückten Bürstenhalter 24.1, 24.2 für einen 8 × 10mm-Kohlequerschnitt (z.B. 0 abc def xx2). Diese Bürstenhalter 24.1, 24.2 passen für beide Drehrichtungen des Motors und decken den gesamten Baukasten ab. Sie sind also nicht spezifisch für eine Drehrichtung. Mit zwei Teilenummern (z.B. 0 abc def xx1 und 0 abc def xx2) wird der gesamte Baukasten mit allen eingangs erwähnten Anforderungen abgedeckt.
Beim Zusammenbau von Motoren, die mit diesen Bürstenhaltern 24.1, 24.2 komplettiert werden, erhalten diese je nach Drehrichtung und Leistungsklasse einen der beiden oben genannten Bürstenhalter 24.1, 24.2, bestehend aus einem Universal-Bürstenhalter 24.1, 24.2 (drehrichtungsunabhängig) die immer auf derselben Seite mit zwei Bürstenköchern 38.1, 38.2, 38.3 zweifach bestückt werden können, zwei Bürsten 22.1, 22.2 und zwei Federn 40. Alle Bauteile liegen nur für eine Drehrichtung ausgelegt vor, so als gäbe es nur Motoren mit einer Drehrichtung. Die Drehrichtung des Motors wird durch das lagerichtige Aufsetzen (also durch Wenden) des Bürstenhalterzusammenbaus auf das Gehäuse 12 bestimmt.
Es werden für die Abbildung eines Baukastens folgende Werkzeuge benötigt: 1 Werkzeug Bürstenplatte verwendbar für beide Drehrichtungen, 1 Werkzeug für Kohleköcher 8 × 8mm Drehrichtung rechts, 1 Werkzeug für Kohleköcher 8 × 10mm Drehrichtung rechts, 1 Werkzeug Kohlebürste für Drehrichtung rechts 8 × 8mm, 1 Werkzeug Kohlebürste für Drehrichtung rechts 8 × 10mm und 1 Vorrichtung Federherstellung, was in Summe 6 Werkzeuge ergibt.

Claims

Bürstenhalter (24.1, 24.2) für eine elektrische Maschine (10), der zwei Stirnseiten (30, 32) aufweist, mit wenigstens einer Halterung (34, 94), in der wenigstens eine Bürste (22.1, 22.2) beweglich aufgenommen ist, und mit einem Träger (42, 96), der die wenigstens eine Halterung (34, 94) trägt und der Befestigungsabschnitte (54, 56, 62, 64; 98, 100, 102, 104, 106) aufweist, mit denen der Bürstenhalter (24.1, 24.2) an der elektrischen Maschine (10) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass Befestigungsabschnitte (54, 56, 62, 64; 98, 100, 102, 104, 106) derart an beiden Stirnseiten (30, 32) des Trägers (42, 96) ausgebildet sind, dass der Bürstenhaltern (24.1, 24.2) sowohl mit der einen Stirnseite (30) als auch mit der anderen Stirnseite (32) an der elektrischen Maschine (10) fixierbar ist.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Befestigungsabschnitten (54, 56, 62, 64; 98, 100, 102, 104, 106) der beiden Stirnseiten (30, 32) eine Symmetrieebene (70, 114) verläuft.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetrieebene (70, 114) entlang der Bewegungsrichtung einer Bürste (22.1, 22.2) in der wenigstens einen Halterung (34, 94) verläuft.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsabschnitte (54, 56, 62, 64; 98, 100, 102, 104, 106) in Axialrichtung des Bürstenhalters (24.1, 24.2) ausgerichtete Anschläge (66, 106) aufweisen, die von jeder Stirnseite (30, 32) den gleichen Abstand zur Symmetrieebene (70, 114) haben.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (34, 94) in Randbereichen Rippen (78) aufweist, die parallel zur Bewegungsrichtung der Bürste (22.1, 22.2) angeordnet sind, derart dass Bürsten (22.1, 22.2), die senkrecht zur Bewegungsrichtung unterschiedliche Erstreckungen aufweisen mit einer Symmetrieebene, die parallel zur Bewegungsrichtung verläuft, symmetrisch und/oder mittig zwischen den Befestigungsabschnitten (54, 56, 62, 64; 98, 100, 102, 104, 106) der beiden Stirnseiten (30, 32) angeordnet sind.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (34, 94) eine U-förmige Aufnahme für einen Bürstenköcher (38.1, 38.2, 38.3) ist.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens zwei sich gegenüberliegenden Seiten (118, 120) der Halterung (34, 94) Federzungen (122) zur Bedämpfung eines Bürstenköchers (38.1, 38.2, 38.3) angeordnet sind.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsabschnitte (54, 56, 62, 64; 98, 100, 102, 104, 106) am Außenumfang des Bürstenhalters (24.1, 24.2) angeordnet sind und zumindest bereichsweise durchgehend von der einen Stirnseite (30) zur anderen Stirnseite (32) verlaufen.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bürstenhalter (24.1, 24.2) Hakenpaare (86) zur Fixierung von Bürstenlitzen (84) aufweist und/oder Taschen (88) zur Aufnahme von Entstörelementen aufweist.
Bürstenhalter (24.1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Befestigungsabschnitte (54, 56, 62, 64; 98, 100, 102, 104, 106) der beiden Stirnseiten (30, 32) symmetrisch zu einer Linie (74) verlaufen, die senkrecht auf einer Achse eines rotierenden Kontaktelements (20) steht, das im Betrieb der elektrischen Maschine (10) mit der wenigstens einen Bürste (22.1, 22.2) zusammenwirkt, so dass diese Linie (74) vorzugsweise eine Wendeachse bildet, um die der Bürstenhalter (24.1) gewendet und mit wahlweise mit seinen beiden Stirnseiten (30, 32) an einer elektrischen Maschine (10) befestigbar ist.
Bürstenhalter (24.1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bürstenhalter (24.1) wenigstens zwei Halterungen (34) aufweist, die sich diametral gegenüberliegen und über wenigstens zwei, vorzugsweise ringsegmentförmige Verbindungsstreben (46) miteinander verbunden sind.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (42) die Form eines Rahmens hat, der zwei sich gegenüberliegende Rahmenstreben (48) hat, die radial um die Verbindungsstreben (46) verlaufen, und der zwei sich gegenüberliegende Brücken (50) hat, die zumindest an den von den Bürsten (22.1, 22.2) abgewandten Seiten der Halterungen (34) vorbeiführen.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (42) über mindestens drei, vorzugsweise vier Federelemente (76) mit den Halterungen (34) und/oder den Verbindungstreben (46) verbunden ist.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (76) mit einem ersten Abschnitt (76.1) auf einer Stirnseite (32) axial vom Träger (42) abstehen, in einen ersten halbkreisförmigen Bogenabschnitt (76.2) übergehen, mit einem im wesentlichen geraden Mittelabschnitt (76.3) zwischen dem Träger (42) und den Halterungen (34) sowie den Verbindungsstreben (46) hindurchragen, in einen zweiten halbkreisförmigen Bogenabschnitt (76.4) übergehen und mit einem zweiten axial verlaufenden Abschnitt (76.5) an den Halterungen (34) und/oder Verbindungsstreben (46) an der zweiten Stirnseite (30) befestigt sind.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (42) mindestens drei, vorzugsweise vier Befestigungsabschnitte (54, 56, 62, 64) hat, die jeweils an den Übergangsbereichen der Rahmenstreben (48) und der Brücken (50) ausgebildet sind.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsabschnitte (54, 56, 62, 64) radial nach außen gerichtete Fortsätze sind, die Verjüngungen (56) aufweisen, die auf einem Kreisbogen liegen und die vorzugsweise in Ausnehmungen (58) im Gehäuse (12) der elektrischen Maschine (10) steckbar sind und die vorzugsweise einen axial verlaufenden Hohlraum (60) aufweisen.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Halterungen (34) vorgesehen sind, deren Mittelachsen parallel und mit Versatz zueinander verlaufen, so dass die Bürsten (22.1, 22.2) im Betrieb der elektrischen Maschine (10) geneigt zur Drehrichtung des rotierenden Kontaktelements (20) gerichtet sind.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass an den Rahmentreben (48) an einer Stirnseite (30) axial abstehende Pfosten (82) zur Durchführung von Bürstenlitzen (84) ausgebildet sind.
Bürstenhalter (24.2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Bürstenhalter (24.2) im Wesentlichen die Form eines Kreissegments hat.
Bürstenhalter (24.2) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (96) im Wesentlichen die Form eines Kreisbogensegments hat und die Halterung (94) innerhalb dieses Kreisbogensegments angeordnet ist.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn der Halterung (94) außermittig an dem Träger (96) ausgebildet ist und zur Radialen des Kreisbogens geneigt ist.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsabschnitte (98, 100, 102, 104, 106) dadurch ausgebildet sind, dass der Träger (96) zwei kreissegmentförmige Wände (98, 100) hat, die an jeder der beiden Stirnseiten (30, 32) jeweils eine axial verlaufende Nut (102, 104) begrenzen, wobei die beiden Nuten (102, 104) miteinander fluchten und zumindest teilweise durch einen Boden (106) getrennt sind, der die beiden Wände (98, 100) miteinander verbindet.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (102, 104) am Rand des Trägers (96) durchgehend sind und nicht durch den Boden (106) getrennt sind.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Radien der einander zugewandten Flächen der beiden kreissegmentförmigen Wände (98, 100) mit dem der Wand des Gehäuses (12) einer zu montierenden elektrischen Maschine (10) korrespondieren.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass an den Wänden (98, 100) Aussparungen (108) vorgesehen sind, die Federzungen (110) ausbilden, und/oder dass an den Wänden (98, 100) einander zugewandte Stege (112) ausgebildet sind, die Verengungen bilden.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (34, 94) von einer Strebe (116) des Trägers (42, 96) abgestützt wird, die außermittig am Träger (42, 96) beginnt und mit dem Ende der Halterung (34, 94) verbunden ist.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) mit wenigstens einer Bürste (22.1, 22.2) und/oder mit wenigstens einem mit einer Bürste (22.1, 22.2) versehenen Bürstenköcher (38.1, 38.2, 38.3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Bürstenhalter (24.1, 24.2) mit wenigstens einem ersten Bürstenköcher (38.3) bestückbar ist, der senkrecht zur Bewegungsrichtung der Bürste (22.1, 22.2) eine erste Erstreckung hat, oder mit wenigstens einem zweiten Bürstenköcher (38.2) bestückbar ist, der senkrecht zur Bewegungsrichtung eine zweite Erstreckung hat, die größer ist als die erste Erstreckung, und dass der erste Bürstenköcher (38.3) wenigstens einen Fortsatz (124) aufweist, der am Grund der Halterung (34, 94) aufliegen und dessen Höhe gleich (zweite Erstreckung – erste Erstreckung)/2 ist, so dass die Mittelebenen (70) der Bürsten (22.1, 22.2) in den Bürstenköchern (38.2, 38.3) vorzugsweise jeweils mittig zwischen den Befestigungsabschnitten (54, 56, 62, 64; 98, 100, 102, 104, 106) der beiden Stirnseiten (30, 32) liegen.
Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Bürstenhalter (24.1, 24.2)) mit wenigstens einem ersten Bürstenköcher (38.1) bestückbar ist, der senkrecht zur Bewegungsrichtung der Bürste (22.1, 22.2) eine erste Erstreckung hat, oder mit wenigstens einem zweiten Bürstenhalter (38.2) bestückbar ist, der senkrecht zur Bewegungsrichtung eine zweite Erstreckung hat, die größer ist als die erste Erstreckung, und dass der erste Bürstenhalter (38.1) wenigstens seitliche Fortsätze (80) aufweist, die an den Rippen (78) zur Anlage kommen, so dass die Mittelebenen (70) der Bürsten (22.1, 22.2) in den Bürstenköchern (38.1, 38.2) vorzugsweise mittig zwischen den Befestigungsabschnitten (54, 56, 62, 64; 98, 100, 102, 104, 106) der beiden Stirnseiten (30, 32) liegen.
Elektrische Maschine (10), vorzugsweise Kommutatormotor mit wenigstens einem Bürstenhalter (24.1, 24.2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Bürstenhalter (24.1, 24.2) auf eine Stirnseite (29) der elektrischen Maschine (10) gesteckt und/oder von einem Deckel (28) gehalten und/oder mit den Befestigungsmitteln (54, 56, 62, 64; 98, 100, 102, 104, 106) vorzugsweise in Ausnehmungen (58) des Gehäuses (12) an einer Stirnseite (29) der elektrischen Maschine (10) steckbar ist.