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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
DE 24 05 012 A sieht
elektrische Drähte vor,
die außenseitig
eine organische polymere Isolation wie vernetztes Polyethylen aufweist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gleichzeitig
ist sichergestellt, dass Querströme
zwischen den Funktionsschichten nicht fließen können.
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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.
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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.
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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.
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Zusätzlich kann
die Deckschicht einen Gleichmittelzusatz enthalten, um beim Anliegen
der Feder an der Führung
eine Reibminderung zu erzielen.
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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.
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Es
zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf eine Trägerplatte einer
Kohlehalteranordnung mit einer ersten Ausführungsform einer Kohlebürstenführung,
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2 im
Ausschnitt eine Trägerplatte
mit einer zweiten Ausführungsform
einer Kohlebürstenführung,
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3 im
Ausschnitt eine Trägerplatte
mit einer dritten Ausführungsform
einer Kohlebürstenführung,
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4 einen
Ausschnitt einer Kohlebürstenführung mit
einer in dieser axial verschiebbaren und auf einem Kommutator abgestützten Mehrschichtkohlebürste,
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5 einen
Ausschnitt einer auf die Kohlebürste
gemäß 4 einwirkenden
Schraubenfeder,
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6 eine
bevorzugte Ausführungsform
einer Kohlebürste
und
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7 eine
weitere Ausführungsform
einer Kohlebürste.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Als
Kunststoffmaterial für
die Trägerplatte 12 sollte
solches benutzt werden, welches eine hohe Hitzebeständigkeit,
insbesondere bis 200 °C
aufweist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Kohlebürste 210, 200 weist
eine Lauffläche 218,
eine Kopffläche 220 sowie
Umfangsseitenflächen 222, 224, 226, 228 auf.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Schicht 234 bzw. die Streifen 236, 238 können z.
B. durch Tauchen, Spritzen oder Wirbelsintern aufgetragen bzw. aufgebracht
werden.
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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.
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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.