DE102005034584B4

DE102005034584B4 - Kohlebürstenanordnung

Info

Publication number: DE102005034584B4
Application number: DE200510034584
Authority: DE
Inventors: Günter Schardt; Diethard Schaut
Original assignee: Schunk Kohlenstofftechnik GmbH
Current assignee: Schunk Kohlenstofftechnik GmbH
Priority date: 2005-07-25
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2025-07-26
Also published as: DE102005034584A1; CN101310420A; WO2007012453A1; EP1908151A1; RU2008106931A

Abstract

Kohlebürstenanordnung umfassend eine Schichtkohlebürste (14, 200, 210) mit zumindest zwei von einer Isolationsschicht (20, 216) getrennten Funktionsschichten (16, 18, 212, 214) und in axialer Richtung auf die Schichtkohlebürste (14, 200, 210) einwirkender, aus Metall bestehender Schraubendruckfeder (102), innerhalb der eine von der Schichtkohlebürste (14, 200, 210) ausgehende, wie in die Schichtkohlebürste (14, 209, 210) eingestampfte, Litze (109, 230) verläuft, und eine die Schichtkohlebürste (14, 200, 210) aufnehmende Kohlebürstenführung (22, 90, 100), die von einer Trägerplatte (12, 104) ausgeht, die zumindest in ihrem mit der Kohlebürstenführung (22, 90, 100) in Berührung kommenden Bereich elektrisch isoliert ist, wobei die Schichtkohlebürste (14, 200, 210) auf ihren Umfangsflächen zumindest bereichsweise mit einem ersten, elektrisch isolierenden Material versehen ist und dass die Schraubendruckfeder (102) zumindest in ihrem die Litze (109, 230) umgebenden Bereich eine aus einem zweiten, elektrisch isolierendem Material bestehende Beschichtung (112) aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kohlebürstenanordnung umfassend eine Schichtkohlebürste mit zumindest zwei von einer Isolationsschicht getrennten Funktionsschichten und in axialer Richtung auf die Schichtkohlebürste einwirkender aus Metall bestehender Schraubendruckfeder, innerhalb der eine von der Kohlebürste ausgehende wie in die Kohlebürste eingestampfte Litze verläuft, und eine die Schichtkohlebürste aufnehmende Kohlebürstenführung, die von einer Trägerplatte ausgeht, die zumindest in ihrem mit der Kohlebürstenführung in Berührung kommenden Bereich elektrisch isoliert ist.
Für Schichtkohlebürsten sind Kohlehalteranordnungen bekannt, die aus Kunststoff bestehen. Dabei können die Kohlebürstenführungen ebenfalls aus Kunststoff hergestellt sein, um zu vermeiden, dass zwischen den durch die Isolierschicht getrennten Kohleriegeln der Schichtkohlebürste Querströme fließen. Die Verwendung von aus Kunststoffmaterial bestehenden Kohlebürstenführungen zeigt jedoch den Nachteil, dass diese in ihren als Führungen dienenden Abschnitten nicht exakt aufeinander ausgerichtet werden können, so dass nicht sichergestellt ist, dass die Kohlebürste ordnungsgemäß geführt und somit ein flächiges Anliegen auf einem Kollektor erfolgt. Vielmehr ist häufig festzustellen, dass zeitweise nur eine der Schichten der Kohlebürste den Kollektor berührt.

Aus der EP 1 117 160 A1 ist eine gattungsgemäße Kohlebürstenführung bestehend aus zueinander beabstandeten Abschnitten bekannt, die die Kohlebürste selbst nur teilweise umfangsflächig umgeben, ohne dass Einbußen in Bezug auf die Führung in Kauf genommen werden müssen. Ungeachtet dessen ist eine exakte Führung gegeben. Gleichzeitig ergibt sich der Vorteil, dass die aus Metall bestehenden Führungsabschnitte nicht die Seiten der Schichtkohlebürste vollständig abdecken, die von der die aus Kohlenstoffmaterial bestehenden Kohleriegel trennenden Isolierschicht durchsetzt werden, so dass ein Fließen von Querströmen vermieden wird. Die auf die Schichtkohlebürste einwirkende und diese in Richtung eines Kommutators kraftbeaufschlagende Schraubendruckfeder besteht aus Metall.

Das DE 1 735 714 U zeigt eine Schichtkohlebürste, die zum Zwecke der Kurzschlussvermeidung bei Verwendung einer Bürstenführung aus Metall auf ihrem äußeren Umfang mit einer Isolation umgeben ist.

Bei einer Bürstenhalterung nach der DE 195 22 329 A1 wirkt auf eine Kohlebürste eine Vorschubfeder, die eine elektrisch isolierende Ummantelung aufweist, die zur elektrischen Isolierung gegenüber einer Bodenplatte aus Metall dient.

Aus der US 3,297,893 A ist eine Kohlebürstenanordnung bekannt, bei der auf eine Kohlebürste eine Spiralfeder wirkt, die im Bereich des Kontaktes mit der Kohlebürste isoliert ist. Hierzu kann das Ende umspritzt oder mit einem elektrischen isolierenden Material umwickelt werden.

Nach der US 4,625,136 A wird eine Kohlebürste mittels einer Spiralfeder axial verstellt. Ein Spiralabschnitt der Feder liegt an einer Abstützung an. Um die Reibung zwischen der Feder und der Abstützung zu verringern, weist die Abstützung eine Beschichtung aus Polytetrafluorethylen auf.

In der DE 42 28 272 A1 wird ein optisches Kabel mit einer Bewehrung beschrieben, die eine Korrosionsschutzschicht z. B. aus Zinkphosphat aufweist, das einen Isolator darstellt.

Die DE 24 05 012 A sieht elektrische Drähte vor, die außenseitig eine organische polymere Isolation wie vernetztes Polyethylen aufweist.

Aus der US 5 387 831 A ist eine Kohlebürste mit zumindest zwei Funktionsschichten bekannt, die über eine elektrische Zwischenschicht voneinander getrennt sind. Dabei können die Funktionsschichten unterschiedliche Widerstände aufweisen.

Nach der DE 533 324 A wird eine Kohlebürste peripher mit einer elektrisch isolierenden Schicht umgeben, um zu verhindern, dass der über eine Kohlebürste fließende Strom un mittelbar zu der Bürstenführung fließt. Dabei kann die Isolierung abschnittsweise entlang der Umfangsfläche der Kohlebürste verlaufen.

Um insbesondere bei Profiwerkzeugen oder Waschmaschinen rechtzeitig feststellen zu können, ob eine Kohlebürste in einem Umfang verschlissen ist, dass eine Weiternutzung zu einer Beschädigung von zum Beispiel einem Kommutator führt, ist es bekannt, bei einer Kohlebürste neben einer stromübertragenden Funktionsschicht eine Messfunktionsschicht vorzusehen, die gegenüber ersterer elektrisch isoliert ist. Die Messfunktionsschicht besteht dabei aus einem hochohmigen Material, um über eine von der entsprechenden Funktionsschicht ausgehenden Messlitze den Spannungsabfall zu messen, der wiederum Aufschluss über den Verschleiß der Kohlebürste bietet. Messfunktionsschicht und Stromübertragungsfunktionsschicht erstrecken sich dabei über die Länge der Kohlebürste, wobei die Messfunktionsschicht üblicherweise einen geringeren Querschnitt als die Stromfunktionsschicht aufweist. Die unterschiedliche Widerstände aufweisenden Funktionsschichten werden getrennt hergestellt und sodann isolierend verklebt.

Um einen Kurzschluss zwischen den Funktionsschichten einer Mehrschichtkohlebürste zu vermeiden, sind diese nicht nur durch die Isolationsschicht gegeneinander isoliert, sondern es muss zusätzlich sichergestellt werden, dass auch über die Kohlebürstenführung ein Kurzschluss unterbunden wird. Hierzu können Kohlebürstenführungen aus elektrisch isolierendem Material oder aus Metall benutzt werden, die kohlebürstenseitig mit einer Isolationsschicht versehen sind.

Alternativ besteht auch die Möglichkeit, anstelle der Ausbildung einer äußeren Isolationsschicht in eine Bohrung der Kohlebürste und gegenüber dieser isoliert ein mit einer Messlitze verbundenes Material einzubringen, dessen Widerstand ebenfalls größer als das der Kohlebürste ist, um in Abhängigkeit von dem zu messenden Spannungsabfall Rückschlüsse über den Verschleiß zu erzielen (WO 99/04460 A1).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, dass zum einen gute Laufeigenschaften bzw. -ergebnisse der Kohlebürste bei gleichzeitiger Reduzierung der Kohlebürstentemperatur erreicht werden und zum anderen bei Verwendung einer Kohlebürstenführung aus Metall eine sichere Isolierung der Kohlebürste gegenüber der Kohlebürstenführung und dem Kohlebürstenträger erfolgt und insbesondere Kurzschlüsse zwischen den Funktionsschichten der Schichtkohlebürste unterbunden werden.

Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung im Wesentlichen vor, dass die Schichtkohlebürste mit ihrer Umfangsfläche zumindest bereichsweise mit einem elektrisch isolierenden Material versehen ist und dass die Schraubendruckfeder zumindest in ihrem die Litze umgebenden Bereich eine aus elektrisch isolierendem Material bestehende Beschichtung aufweist.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Laufergebnisse verbessert und die Kohlebürstentemperatur reduziert werden kann, wenn auf die Kohlebürste nicht eine außenseitig aus elektrisch leitendem Material bestehende Feder, sondern eine solche einwirkt, die außenseitig elektrisch isoliert ist. Unabhängig hiervon werden die Federkräfte jedoch von dem aus Metall bestehenden Grundkörper der Feder hervorgerufen, so dass von der Krafteinleitung die Vorteile beibehalten werden, die bei den bekannten Anordnungen gegeben sind.

Durch die erfindungsgemäße Lehre wird sichergestellt, dass Kurzschlüsse zwischen der Metallführung für die Kohlebürste, also die vorzugsweise aus mehreren Abschnitten bestehende Kohlenbürstenführung, und der Feder nicht auftreten können. Ferner wird die von der Kohlebürste ausgehende und innerhalb der Schraubendruckfeder geführte Litze gegenüber den Abschnitten der Kohlebürstenführung isoliert, so dass in Folge dessen auch insoweit Kurzschlüsse nicht auftreten können. Die Schraubendruckfeder bildet einen Isolationskäfig für die Litze und verhindert somit einen elektrisch leitenden Kontakt mit dem Kohlebürstenhalter.

Dadurch, dass die Kohlebürste in ihrem mit der Kohlebürstenführung in Kontakt gelangenden Bereich elektrisch isoliert ist, können aus Metall bestehende Kohlebürstenführungen verwendet werden, die eine hohe Maßhaltigkeit zeigen, so dass infolgedessen eine exakte Führung der Kohlebürste möglich ist.

Gleichzeitig ist sichergestellt, dass Querströme zwischen den Funktionsschichten nicht fließen können.

Des Weiteren bietet die insbesondere als Schicht ausgebildete umfangsseitige elektrische Isolierung der Kohlebürste den Vorteil, dass bei der Relativbewegung zwischen der Kohlebürste und deren Führung ein Abrieb des Kohlebürstenmaterials nicht erfolgt, so dass gleichfalls das Auftreten von Kurzschlüssen durch anfallenden Abrieb vermieden wird.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Beschichtung der Schraubendruckfeder über deren gesamte Länge erfolgt. Unabhängig hiervon ist vorgesehen, dass die Beschichtung außenseitig aus insbesondere hochvernetztem organischem elektrisch isolierendem Material besteht.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Beschichtung mehrschichtig ausgebildet ist und eine auf der Feder angeordnete Grundierung sowie die diese abdeckende Deckschicht umfasst. Dabei handelt es sich bei der Grundierung vorzugsweise um eine solche aus Zinkphosphat oder Zinkphosphat enthaltend. Unabhängig hiervon sollte die Dicke D der Beschichtung zwischen 5 μm und 20 μm, vorzugsweise im Bereich von 12 μm liegen. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Federeigenschaften der Feder nicht beeinflusst werden.

Zusätzlich kann die Deckschicht einen Gleichmittelzusatz enthalten, um beim Anliegen der Feder an der Führung eine Reibminderung zu erzielen.

Weitere Einzelheiten. Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine Trägerplatte einer Kohlehalteranordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Kohlebürstenführung,
2 im Ausschnitt eine Trägerplatte mit einer zweiten Ausführungsform einer Kohlebürstenführung,
3 im Ausschnitt eine Trägerplatte mit einer dritten Ausführungsform einer Kohlebürstenführung,
4 einen Ausschnitt einer Kohlebürstenführung mit einer in dieser axial verschiebbaren und auf einem Kommutator abgestützten Mehrschichtkohlebürste,
5 einen Ausschnitt einer auf die Kohlebürste gemäß 4 einwirkenden Schraubenfeder,
6 eine bevorzugte Ausführungsform einer Kohlebürste und
7 eine weitere Ausführungsform einer Kohlebürste.
In 1 ist in Prinzipdarstellung eine Kohlehalterung 10 mit einer Trägerplatte 12 eines Lagerschildes eines Elektromotors dargestellt. Dabei geht von der Trägerplatte 12 eine Schichtkohlebürste 14 aus, die aus Kohleriegeln 16 und 18 besteht, die über eine Isolierschicht 20 miteinander verbunden sind. Selbstverständlich kann die Mehrschichtkohlebürste 14 auch mehr als zwei Kohleriegel 16, 18 und entsprechend mehrere Isolierschichten 20 aufweisen.
Damit die Kohlebürste 14 mit ihren Kohleriegeln 16, 18 gleichzeitig und -mäßig auf den Lamellen eines Kollektors abstützbar ist (siehe 4), um eine ungewünschte Veränderung des Verschaltungswinkels des Motors auszuschließen, ist die Kohlebürste 14 in einer Kohlebürstenführung 22 axial verschiebbar. Dabei weist die Kohlebürstenführung 22 eine Aufbau bzw. eine Konstruktion auf, die neben einer exakten axialen Führung zusätzlich sicherstellt, dass ein Querkurzschluss zwischen den Schichten 16, 18 der Kohlebürste 14 im Bereich derer Längsseitenwandungen 24, 26 unterbleibt. Auch ist für die Führung wenig Material erforderlich.
Die Kohlebürstenführung 22 umfasst hierzu zwei Halbschalen 28, 30, die gleich ausgebildet sind und sich entlang der Querwandungen 32, 34, also breiteren Seitenwandungen der Kohlebürste 14 erstrecken, also nicht entlang der Längswandungen 24, 26, die von den entsprechenden Längswandungen der Kohleriegel 16, 18, also deren schmaleren Längsseitenflächen und der zwischen diesen verlaufenden Isolierschicht 20 bzw. deren freien Längsseitenflächen gebildet werden.
Die Halbschalen 28, 30 bestehen aus Metall wie z. B. Messing-Messing-Laminat-Aluminium-Zink, sind demzufolge überaus formstabil, wodurch die gewünschte exakte axiale Führung der Kohlebürste 14 sichergestellt ist. Da sich die Halbschalen 28, 30 jedoch nicht entlang der Seitenwandungen 24, 26 erstrecken, die von den freien Längsseitenflächen der Isolierschicht mit gebildet werden, ist ein Querkurzschluss ausgeschlossen.
Die Halbschalen 28, 30 bestehen aus randseitigen Längsstreifen 36, 38 bzw. 40, 42, zwischen denen sich jeweils ein nach außen gebogener Abschnitt 44, 46 erstreckt. Die Abschnitte 44, 46 üben zusammen die Funktion eines Federbauchs für im Zusammenhang mit den 4 und 5 näher erläuterten Schraubendruckfedern aus, die auf die Kohlebürste 14 zur Druckbeaufschlagung dieser in ihrer Längsrichtung in Richtung des nicht dargestellten Kollektors einwirken.
Des Weiteren erstrecken sich im Bereich der Ausbuchtungen 44, 46 und parallel zu von den streifenförmigen Randabschnitten 36, 38 bzw. 40, 42 aufgespannten Ebenen sogenannte Federbremsen 48, 50, die als Stege ausgebildet sind und in bekannter Weise die Montage der Kohlebürste 14 zusammen mit der Schraubendruckfeder erleichtern, damit die Schraubendruckfeder nicht unkontrolliert aus dem von den Halbschalen 28, 30 begrenzten Führungsschacht herausgleiten kann.
Von den äußeren Rändern der streifenförmigen Randabschnitte 36, 38, 40, 42 gehen lappenartige Vorsprünge 54, 56 bzw. 58, 60 aus, die bei Positionierung der Halbschalen 28, 30 und deren Ausrichtung zueinander mit der Trägerplatte 12 verstemmt werden, so dass die gewünschte Fixierung der Halbschalen 28 und 30 und damit die exakte Führung für die Kohle bürste 14 sichergestellt ist. Die Vorsprünge 54, 56, 58, 60 beschreiben mit den angrenzenden Radabschnitten 36, 38, 40, 42 eine V-Form.
Zum Ausrichten der Halbschalen 28, 30 werden diese in eine in der Trägerplatte 12 vorhandene Aussparung 62 eingebracht, deren Geometrie der der Halbschalen 28, 30 einschließlich des Abstandes zwischen diesen zur Aufnahme der Kohlebürste 14 entspricht. Das Kalibrieren der den Bürstenschacht begrenzenden Halbschalen 28, 30 und ein Verstemmen der Befestigungslappen 54, 56, 58, 60 kann mit einem Dorn erfolgen. Ferner sollten die Halbschalen 28, 30 über der Außenfläche der Trägerplatte 12 in einem Umfang von z. B. 2,5 mm bis 3 mm vorstehen.
Als Kunststoffmaterial für die Trägerplatte 12 sollte solches benutzt werden, welches eine hohe Hitzebeständigkeit, insbesondere bis 200 °C aufweist.
Um die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Kohlebürste 14 und Anschlüssen über eine von der Kohlebürste 14 ausgehende Litze zu ermöglichen, ist des Weiteren an der Trägerplatte 12 eine Art Flachstecker 64 angebracht, wobei insbesondere so genannte "Faston-Stecker" benutzt werden. Andere Befestigungsmöglichkeiten für die Kohlebürstenlitze sind selbstverständlich gleichfalls möglich. Insoweit wird auf den vorbekannten Stand der Technik verwiesen.
Wie die Darstellung des Weiteren verdeutlicht, weist der Ausschnitt 62 in der Trägerplatte 12 im Bereich der Isolierschicht 20, d. h. deren freien Längsflächen steg-, schlitz- oder kanalförmige Aussparungen 66, 68 auf, die sicherstellen, dass durch Abrieb entstehender Kohlestaub sich nicht zwischen den Kohleriegeln 14, 16 ansammeln und damit einen Kurzschluss bewirken kann.
Das Ausführungsbeispiel der 2, in dem für der 1 entsprechende Elemente gleiche Bezugszeichen benutzt werden, unterscheidet sich von dem der 1 dahingehend, dass vier entlang der Längskanten 70, 72, 74, 76 der Kohlebürste 14 verlaufende und in der Trägerplatte 12 fixierte Metallwinkel 78, 80, 82, 84 befestigt wie verrastet sind, die die erforderliche axiale Führung der Kohlebürste 14 sicherstellen, wobei gleichzeitig vermieden wird, dass ein Querkurzschluss zwischen den Kohleriegeln 16, 18 auftreten kann. Auch befinden sich im längsrandseitigen Bereich der Isolierschicht 20 in der Trägerplatte 12 entlang der Isolierschicht 20 verlaufende Aussparungen 66, 68 zur Aufnahme von Abrieb der Kohlebürstenriegel 16, 18.
Im Mittenbereich der Querwandungen 32, 34 können in der Trägerplatte 12 halbkreisförmige Aussparungen 86, 88 vorgesehen sein, die die Funktion der Federbäuche ausüben, die die nach außen gebogenen Abschnitte 44, 46 der Kohlebürstenführung 22 gemäß 1 ausüben.
Eine der 3 zu entnehmende Kohlebürstenführung 90 besteht aus zwei U-förmig ausgebildeten Halbschalen 92, 94, die sich entlang der Querwandungen 32, 34 erstrecken und abschnittsweise zumindest die Längskanten 70, 72, 74, 76 der Kohlebürste 14 umgreifen. Im Mittenbereich der Querwandung 32, 34 können die Halbschalen 92, 94 Ausbauchungen 96, 98 entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 1 aufweisen. Auch kann eine Federbremse vorgesehen sein.
In 4 ist rein prinzipiell eine Kohlebürstenführung 100 mit in dieser axial verschiebbaren Schichtkohlebürste 14 dargestellt, auf die eine Schraubendruckfeder 102 in axialer Richtung einwirkt. Die Kohlebürstenführung kann dabei einen prinzipiellen Aufbau aufweisen, wie dieser an Hand der 1 bis 3 erläutert worden ist. Mit anderen Worten besteht die Kohlebürstenführung 100 aus zueinander beabstandeten Abschnitten, die aus Metall bestehen und von einer aus Kunststoff- bzw. Keramikmaterial bestehenden Trägerplatte 104 ausgehen.
Die Schichtkohlebürste 14 liegt mit ihrer Lauffläche 106 flächig auf den Lamellen eines Kommutators 108 an, der im Ausschnitt dargestellt ist. Bei dem Kommutator 108 kann es sich um einen solchen eines Elektromotors einer Waschmaschine handeln.
Um die Kohlebürste 14 in der Kohlebürstenführung 100 axial zu verschieben und mit dem erforderlich Druck auf den Kommutator 108 einwirken zu lassen, ist die Schraubendruckfeder 102 vorgesehen, die innerhalb der Kohlenbürstenführung 100 verläuft. Innerhalb der Schraubendruckfeder 102 erstreckt sich eine zu der Kohlebürste 14 verlaufende Litze 109.
Die Schraubendruckfeder 102 besteht aus einem aus Metall bestehenden Kern 110, der auch als Seele bezeichnet werden kann. Der Kern 110 entspricht üblichen Schraubendruckfedern, die auf dem zu Diskussion stehenden Gebiet der Technik eingesetzt werden. Der Kern 110 besteht insbesondere aus Edelstahl bzw. rostfreiem Stahl.
Abweichend von vorbekannten auf Schichtkohlebürsten einwirkenden Schraubendruckfedern weist die erfindungsgemäße Feder 102 eine aus elektrisch isolierendem Material bestehende Beschichtung 112 auf, die im Ausführungsbeispiel eine Außen- oder Deckschicht 114 sowie eine auf dem Kern 110 aufgebrachte Innen- oder Grundschicht 116 umfasst.
Die Deckschicht 114 besteht aus elektrisch isolierendem Material, insbesondere aus einem hochvernetzten organischen Material. Die auf dem Kern 114 ausgebildete Innenschicht 116 besteht demgegenüber vorzugsweise aus Zinkphosphat.
Die Außen- oder Deckschicht 114 kann eingebrannt werden, so dass sich ein dünner, porenfreier Film ausbildet. In die Deckschicht 114 kann zusätzlich ein Gleitmittelzusatz eingebracht werden, um beim Kontakt zwischen der Schraubendruckfeder 102 und der Kohlebürstenführung 100 Reibverluste auszuschließen bzw. solche zu vermindern.
Ist bevorzugterweise ein Mehrschichtsystem vorgesehen, das auf den Kern 110 aufgetragen ist, so besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, unmittelbar auf den Kern 100 die elektrisch isolierende Deckschicht 114 aufzubringen. Allerdings muss sichergestellt sein, dass der Kern hinreichend entfettet ist. Bevorzugterweise erfolgt daher ein feinkristallines Zinkphosphatieren durch Ausbilden der inneren Schicht 116, auf die gut haftend die Außen- oder Deckschicht 114 auftragbar wie aufbrennbar ist.
Unabhängig davon, ob eine oder mehrere Schichten auf den Kern 110 aufgebracht werden, sollte die Beschichtung 112 eine Dicke D zwischen 5 μm und 20 μm aufweisen. Bevorzugterweise sollte die Dicke D in etwa 12 μm betragen. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Federeigenschaften des Kerns 110, der der ansonsten üblicherweise eingesetzten Schraubendruckfeder entspricht, nicht beeinflusst wird.
Dadurch, dass die Schraubendruckfeder 102 durch die Beschichtung 112 elektrisch isoliert ist, können Kurzschlüsse zwischen der Schraubendruckfeder 102 und der Kohlebürstenführung bzw. den Abschnitten der Kohlebürstenführung. die aus Metall bestehen, nicht auftreten. Ferner wird die innerhalb der Schraubendruckfeder 102 verlaufende Litze 109 gegenüber der Kohlebürstenführung 100 elektrisch isoliert, so dass ebenfalls Kurzschlüsse nicht auftreten können.
Die Schraubendruckfeder 102 ist insbesondere über ihre gesamte Länge, zumindest im Bereich der Litze außenseitig elektrisch isoliert und bildet folglich für die Litze 109 einen Isolationskäfig.
In den 6 und 7 sind Kohlebürsten 200, 210 dargestellt, die jeweils aus einer ersten Funktionsschicht 212 und einer zweiten Funktionsschicht 214 bestehen, die ihrerseits durch eine Isolationsschicht 216 getrennt sind. Die Funktionsschichten 212, 214 erstrecken sich über die gesamte Länge der Kohlebürsten 210, 200. Die erste Funktionsschicht 212 dient zur Stromübertragung auf einen Kommutator oder einen Schleifring einer elektrischen Maschine wie Werkzeugmaschine oder Waschmaschine und ist niederohmig. Demgegenüber ist die zweite Funktionsschicht 214 hochohmig und dient dazu, den Verschleiß der Kohlebürste 210, 200 messen zu können.
Die Kohlebürste 210, 200 weist eine Lauffläche 218, eine Kopffläche 220 sowie Umfangsseitenflächen 222, 224, 226, 228 auf.
Von der ersten Funktionsschicht 212, die erwähntermaßen zur Stromübertragung dient, geht eine Litze 230 aus. Auch von der zweiten Funktionsschicht 214 geht ein elektrischer Leiter 232 aus, um den Spannungsabfall über die Funktionsschicht 214 zu messen, der Rückschlüsse über den Verschleiß der Kohlebürste 200, 210 bietet.
Die Kohlebürste 200, 210 wird bei Betrieb von einer Kohlebürstenführung wie Köcher axial geführt aufgenommen, um mit der Lauffläche 218 auf einen Kommutator oder Schleifring gleitend abgestützt zu werden. Hierzu wirkt auf die Kopffläche 220 der Kohlebürste 200, 210 ein nicht dargestelltes Federelement bzw. ein federvorgespannter Bügel.
Die Kohlebürstenführung besteht üblicherweise aus Metall wie Messing, um eine erforderliche Maßhaltigkeit sicherzustellen, so dass die Kohlebürste 200, 210 ausschließlich axial geführt wird, ohne zu kippen, insbesondere bei Richtungsumkehr des Kommutators.
Damit der Verschleiß über den Spannungsabfall der zweiten Funktionsschicht 214 mit hinreichender Genauigkeit bestimmt werden kann, muss sichergestellt sein, dass Querströme zwischen den Funktionsschichten 212, 214 nicht fließen. Hierzu dient zum einen die Isolationsschicht 216. Des Weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Umfangsflächen 222, 224, 226, 228 der Kohlebürste 200, 210 im erforderlichen Umfang mit einem elektrisch isolierenden Material versehen sind.
So ist nach der 6 vorgesehen, dass die Kohlebürste 210 auf ihren Umfangsflächen 222, 224, 226, 228 weitgehend vollflächig mit einer Isolationsschicht 234 versehen ist, die im Abstand zur Kopffläche 220 endet. Die Außenflächen der Isolationsschicht 234 verlaufen dabei parallel zu den Umfangsflächen 222, 224, 226, 228. Somit stützt sich die Kohlebürste 210 gegenüber einer Kohlebürstenführung ausschließlich an den Außenflächen der Isolationsschicht 234 ab. Hierdurch ist sichergestellt, dass Querströme zwischen den Funktionsschichten 212, 214 nicht fließen können. Da des Weiteren ein unmittelbarer Kontakt zwischen dem Material der Kohlebürste 210 und der Kohlebürstenführung ausgeschlossen ist, kann ein Abrieb nicht auftreten mit der Folge, dass ansonsten anfallender Staub nicht zu Kurzschlüssen führen kann.
Selbstverständlich ist es nicht erforderlich, dass die Umfangsflächen 222, 224, 226, 228 weitgehend flächig mit einem elektrisch isolierenden Material versehen sind. Vielmehr reicht es entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 7 aus, dass die Umfangsflächen 222, 224, 226, 228 zumindest punktuell, vorzugsweise streifenförmig in einem Umfang mit einem elektrisch isolierenden Material versehen sind, dass durch dieses die Kohlebürs te 200 gegenüber einer Kohlebürstenführung abgestützt wird. Im Ausführungsbeispiel weist die Kohlebürste 200 umlaufende streifenförmige Schichten 236, 238 aus elektrisch isolierendem Material auf. Das elektrisch isolierende Material kann jedoch auch z. B. nur punktuell aufgetragen sein.
Schichtdicke der Isolationsschicht 234 bzw. der streifenförmigen Schichten 236, 238 beläuft sich vorzugsweise zwischen 10 μm und 300 μm, wobei ein gewünschter Bereich auswählbar ist.
Die Schicht 234 bzw. die Streifen 236, 238 können z. B. durch Tauchen, Spritzen oder Wirbelsintern aufgetragen bzw. aufgebracht werden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die fertige Schicht in Kohlebürstenlack eingetaucht und sodann die Lauffläche bearbeitet wird, um Riefen bzw. eine gekrümmte Lauffläche auszubilden. Kopfseitig kann die Kohlebürste abgeschliffen werden. Unabhängig hiervon wird in die Kopfseite eine Litze eingestampft, die entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre sodann innerhalb des durch die Schraubendruckfeder gebildeten Isolationskäfigs verläuft.
Die erste Funktionsschicht 212 kann einen spezifischen Widerstand von in etwa 500 μΩm bis 1500 μΩm und die zur Messung des Verschleißes benutzte zweite Funktionsschicht 214 einen spezifischen Widerstand von in etwa 1000 μΩm bis 10000 μΩm aufweisen. Ferner beträgt die Querschnittsfläche (Messschicht) der zweiten Funktionsschicht 214 in etwa 10% bis 30% des Gesamtquerschnitts der Kohlebürste 200, 210.

Claims

Kohlebürstenanordnung umfassend eine Schichtkohlebürste (14, 200, 210) mit zumindest zwei von einer Isolationsschicht (20, 216) getrennten Funktionsschichten (16, 18, 212, 214) und in axialer Richtung auf die Schichtkohlebürste (14, 200, 210) einwirkender, aus Metall bestehender Schraubendruckfeder (102), innerhalb der eine von der Schichtkohlebürste (14, 200, 210) ausgehende, wie in die Schichtkohlebürste (14, 209, 210) eingestampfte, Litze (109, 230) verläuft, und eine die Schichtkohlebürste (14, 200, 210) aufnehmende Kohlebürstenführung (22, 90, 100), die von einer Trägerplatte (12, 104) ausgeht, die zumindest in ihrem mit der Kohlebürstenführung (22, 90, 100) in Berührung kommenden Bereich elektrisch isoliert ist, wobei die Schichtkohlebürste (14, 200, 210) auf ihren Umfangsflächen zumindest bereichsweise mit einem ersten, elektrisch isolierenden Material versehen ist und dass die Schraubendruckfeder (102) zumindest in ihrem die Litze (109, 230) umgebenden Bereich eine aus einem zweiten, elektrisch isolierendem Material bestehende Beschichtung (112) aufweist.
Kohlebürstenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubendruckfeder (102) über ihre gesamte Länge die Beschichtung (112) aufweist.
Kohlebürstenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (112) außenseitig aus, insbesondere hochvernetztem, organischem elektrisch isolierendem Material besteht.
Kohlebürstenanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadudurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (112) mehrschichtig ausgebildet ist.
Kohlebürstenanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (112) eine auf der Schraubendruckfeder (102) angeordnete Grund- oder Innenschicht (116) und eine diese abdeckende aus dem, vorzugsweise hochvernetzten, organischen elektrisch isolierenden Material bestehende Deckschicht (114) aufweist.
Kohlebürstenanordnung nach zumindest Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Grund- oder Innenschicht (116) aus Zinkphosphat besteht oder dieses enthält.
Kohlebürstenanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (112) eine Dicke D mit 5 μm ≤ D ≤ 20 μm aufweist.
Kohlebürstenanordnung nach zumindest Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (112) eine Dicke D mit D in etwa 12 μm aufweist.
Kohlebürstenanordnung nach zumindest Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (114) einen Gleitmittelzusatz enthält.
Kohlebürstenanordnung nach zumindest Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (114) durch Einbrennen auf die Schraubendruckfeder (102) bzw. die Grund- oder Innenschicht (116) ausgebildet ist.
Kohlebürstenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem ersten, elektrisch isolierenden Material bestehende Bereiche (234, 236, 238) außenflächig entlang einer jeweiligen Umfangsaußenfläche (222, 224, 226, 228) eine Ebene aufspannen, die parallel zu der Umfangsaußenfläche (222, 224, 226, 228) verläuft.
Kohlebürstenanordnung nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, elektrisch isolierende Material punkt- oder linien- bzw. streifenförmig auf Umfangsaußenflächen (222, 224, 226, 228) aufgebracht ist.
Kohlebürstenanordnung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest von der Isolierschicht (216) durchsetzte Umfangsaußenflächen (224, 228) das erste, elektrisch isolierende Material aufweisen.
Kohlebürstenanordnung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtkohlebürste (200, 210) umfangsaußenflächenseitig zumindest in ihrem zu verschleißenden Bereich mit dem ersten, elektrisch isolierenden Material zu versehen ist.
Kohlebürstenanordnung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Umfangsaußenflächen (222, 224, 226, 228) der Schichtkohlebürste (200, 210) vollständig oder nahezu vollständig mit dem ersten, elektrisch isolierenden Material abgedeckt sind.
Kohlebürstenanordnung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kopffläche (220) der Schichtkohlebürste (200, 210) von dem ersten, elektrisch isolierenden Material unbedeckt ist.
Kohlebürstenanordnung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, elektrisch isolierende Material auf einigen, vorzugsweise auf sämtlichen Umfangsaußenflächen (222. 224, 226, 228) der Schichtkohlebürste (200, 210) als Schicht (234) aufgebracht ist.
Kohlebürstenanordnung nach zumindest Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die auf jeweiliger Umfangsaußenfläche (222, 224, 226, 228) aufgebrachte Schicht (234) beabstandet zur Kopffläche (220) der Schichtkohlebürste (210) endet.
Kohlebürstenanordnung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, elektrisch isolierende Material der Schichtkohlebürste (200, 210) ein Lack, insbesondere auf Epoxid-Polyester-Basis, ist.
Kohlebürstenanordnung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, elektrisch isolierende Material mit einer Schichtdicke d auf die Umfangsfläche bzw. Umfangsflächenende (222, 224, 226, 228) der Schichtkohlebürste (200, 210) aufgebracht ist mit 10 μm ≤ d ≤ 300 μm.
Schichtkohlebürste nach zumindest Anspruch 1, wobei eine erste Funktionsschicht (212) einen niedrigen ohmschen Widerstand zur Übertragung des Stroms auf einen Kommutator (108) oder Schleifring und eine zweite Funktionsschicht (214) einen hohen ohmschen Widerstand zur Bestimmung des Verschleißes der Schichtkohlebürste (200, 210) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Funktionsschicht (212) einen spezifischen Widerstand von in etwa 500 μΩm bis in etwa 1500 μΩm aufweist.
Schichtkohlebürste nach zumindest Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Funktionsschicht (214) einen spezifischen Widerstand von in etwa 1000 μΩm bis in etwa 10000 μΩm aufweist.
Kohlebürste nach zumindest Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der zweiten Funktionsschicht (214) in etwa 10% bis 30% des Gesamtquerschnitts der Kohlebürste (200, 210) beträgt.