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Die Erfindung geht aus von einem
Kontaktelementhalter zum elektrischen Kontaktieren eines Rotors,
insbesondere von einem Bürstenhalter
für Kommutator-
oder Schleifringmaschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Insbesondere Kommutatorbürsten von
Kommutatormaschinen, z.B. Gleichstromkleinmotoren, verursachen aufgrund
von Kommutatorunrundheiten, Sprüngen
beim Übergang
von der einen zur anderen Kommutatorlamelle u.ä. Laufgeräusche, die über den Bürstenträger auf das Maschinengehäuse übertragen
und von diesem abgestrahlt werden. Um diese Laufgeräusche zu
reduzieren, werden geräuschentkoppelte
Bürstenhalter
verwendet.
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Um eine qualitativ gute Kommutierung
sicherzustellen, ist es wichtig, daß der Bürstenhalter zentrisch zur Kommutatorachse
liegt. Abweichungen davon erzeugen Unsymmetrien bei der Bestromung, und
die dadurch erzeugten Kräfte
sind wiederum Ursachen von Geräuschen.
Bei dem geräuschentkoppelten
Bürstenhalter
muß eine
gewisse Flexibilität der
Bürstenköcher gegenüber dem
Bürstenträger in Kauf
genommen werden, so daß durch
die mit dieser Flexibilität
verknüpfte
Ungenauigkeit der zentrischen Lage der Kommutatorbürsten sich
die Kommutierungsqualität
verschlechtert.
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Bei einem bekannten, geräuschentkoppelten Bürstenhalter
(
DE 42 41 405 A1 )
sind die Entkopplungselemente zwischen Träger und Bürstenköcher als federelastische Stege
ausgebildet, die einen die Bürstenköcher fest
aufnehmenden Zwischenträger mit
dem Träger
verbinden. Zwischenträger
und Träger
sind als Platten ausbildet, die in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Die mäanderförmig ausgebildeten
Stege liegen entweder in der Ebene der Platten oder verlaufen rechtwinklig
zu den Platten, wobei im letzteren Fall die Mäander in Achsrichtung des Kommutators
weisen. Die beiden Platten und die Stege sind als einstückiges Spritzteil
ausgeführt.
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Der erfindungsgemäße Kontaktelementhalter mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß eine rotatorische
Entkopplung der Köcher um
die Rotorachse ohne zusätzliche
Freiheitsgrade translatorischer oder rotatorischer Art erzielt wird
und dadurch in Anwendung bei Kommutatormaschinen die für eine gute
Kommutierung erforderliche, zentrierte Position der Kommutatorbürsten gegenüber einem
nicht geräuschentkoppelten,
starren Bürstenhalter
nicht verschlechtert wird. Die für
die Bürstengeräusche verantwortlichen
Reibwertschwankungen zwischen Kommutatorlamellen und Kommutatorbürsten, bewirken ausschließlich eine
rotatorische Verdrehung der Köcher
und beeinflussen dadurch die zentrierte Lage der Kommutatorbürsten nicht. Durch
Veränderung
von Geometrie, Position und Anzahl der Entkopplungselemente ist
der Kontaktelementhalter gezielt abstimmbar und kann damit an unterschiedliche
Anwendungsfälle
Maschinen recht einfach angepaßt
werden.
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Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch
1 angegebenen Kontaktelementhalters möglich.
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Der erfindungsgemäße Kontaktelementhalter läßt sich
konstruktiv sehr einfach dadurch realisieren, daß gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung mindestens drei Entkopplungselemente vorgesehen sind und
jedes Entkopplungselement nur einen Freiheitsgrad aufweist, wobei
die Entkopplungselemente so zwischen Träger und Köcher angeordnet sind, daß der Freiheitsgrad
jedes Entkopplungselements in Tangentialrichtung zum Rotor verläuft.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sind die Entkopplungselemente um vorzugsweise gleiche
Drehwinkel in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt, also sternförmig angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sind die Köcher
auf einem Zwischenträger
angeordnet und Träger
und Zwischenträger durch
die Entkopplungselemente miteinander verbunden, wobei vorzugsweise
die Entkopplungselemente als elastische, flache Stege ausgebildet
sind, von denen jeder in einer zur Rotorachse radialen Ebene liegt.
Träger
und Zwischenträger
sind dabei als Isolierstoffplatten ausgeführt, die in einer gemeinsamen
Ebene liegen, und die elastischen Stege erstrecken sich rechtwinklig
zu den Platten. Durch diese konstruktive Ausführung mit "stehenden Entkopplungselementen" hat der Kontaktelementhalter
einen geringen Platzbedarf, was vorteilhaft für die Unterbringung zusätzlicher
Entstörelemente
ist. Außerdem liegen
die Entkopplungselemente beim Spritzen des einstückigen Kontaktelementhalters
in Entformungsrichtung, so daß im
Spritzwerkzeug keine zusätzlichen
Querschieber erforderlich sind.
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Die Erfindung ist anhand von in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in schematisierter
Darstellung:
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1 und 2 jeweils eine Draufsicht
eines Bürstenhalters
für einen
Gleichstromkleinmotor gemäß einem
ersten und zweiten Ausführungsbeispiel,
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3 einen
Schnitt längs
der Linie III-III in 1,
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4 einen
Schnitt längs
der Linie IV-IV in 2.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Der in 1 in
Draufsicht dargestellte Bürstenhalter
für eine
als Gleichstromkleinmotor eingesetzte Kommutatormaschine als Beispiel
für einen Kontaktelementhalter
hat einen Träger 11,
der mittig eine quadratische Aussparung 12 aufweist, in
welcher ein Zwischenträger 13 einliegt.
Träger 11 und Zwischenträger 13 sind
als scheibenförmige
Isolierstoffplatten ausgebildet und über insgesamt vier elastische
Entkopplungselemente 14 miteinander verbunden. Der Zwischenträger 13 weist
eine kreisrunde Durchtrittsöffnung 15 zum
Hindurchführen
eines hier nicht dargestellten Kommutators des Gleichstromkleinmotors
auf.
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Für
den zweipolig ausgeführten
Gleichstromkleinmotor hat der Bürstenhalter
zwei Kommutatorbürsten 16,
die jeweils in einem sich in Richtung der Durchtrittsöffung 15 erstreckenden
Bürstenköcher 17 axial
verschieblich aufgenommen sind und im montierten Zustand mittels
hier nicht dargestellter Bürstenandruckfedern
auf den Kommutator aufgedrückt werden.
Die elektrischen Anschlußlitzen
der Kommutatorbürsten 16 sind
mit 18 bezeichnet. Die Bürstenköcher 17 sind auf dem
Zwischenträger 13 befestigt. Hierzu
sind am Zwischenträger 13 zwei
abstrebende Arme 131 vorgesehen, die mit Spiel in entsprechenden,
seitlichen Verlängerungen 121 der
Aussparung 12 einliegen. Die Bürstenköcher 17 sind aus Metall gefertigt
und auf den Armen 131 befestigt. In einer alternativen
Ausführungsform
der Erfindung können die
Bürstenköcher 17 auch
aus Isolierstoff gefertigt werden und werden dann einstückig mit
der Isolierstoffplatte des Zwischenträgers 13 durch Spritzen hergestellt,
so daß die
Arme 131 entfallen.
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Die vier Entkopplungselemente 14 sind
um gleiche Umfangswinkel gegeneinander versetzt sternförmig um
die Durchtrittsöffnung 12 im
Zwischenträger 13 angeordnet
und sind einerseits zwischen den Bürstenköchern 17 an dem Zwischenträger 13 und
andererseits an dem Träger 11 festgelegt. Jedes
Entkopplungselement 14 weist nur einen Freiheitsgrad auf
und ist so angeordnet, daß dieser
Freiheitsgrad in Tangentialrichtung zum Kommutator, also zu der
den Kommutator aufnehmenden Durchtrittsöffnung 15, verläuft, wobei
selbstverständlich
der Bürstenhalter
so im Motorgehäuse
montiert ist, daß die
Achse der Durchtrittsöffnung 15 im
Zwischenträger 13 mit
der Kommutatorachse zusammenfällt. Durch
die sternförmige
Anordnung der Entkopplungselemente 14 mit tangential gerichtetem
Freiheitsgrad vermag der Zwischenträger 13 mit den darauf
befestigten Bürstenköchern 17 ausschließlich einen
begrenzten, rotatorischen Schwenkweg um den Kommutator auszuführen, so
daß die
auf den Kommutator sich aufpressenden Kommutatorbürsten 16 rotatorisch
entkoppelt sind. Weitere Freiheitsgrade, nämlich zwei rotatorische und
drei translatorische, sind nicht vorhanden oder sind vernachlässigbar.
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In dem Ausführungsbeispiel der 1 sind die Entkopplungselemente 14 mittels
elastischer, flacher Stege 19 realisiert, von denen jeder
in einer zur Kommutatorachse bzw. zur Achse der Durchtrittsöffnung 15 radialen
Ebene liegt. In der Schnittdarstellung in 3 ist ein solcher flacher Steg in Draufsicht zu
sehen. Er weist U-Form mit Schenkeln 191, 192 und
mit einem die Schenkel 191, 192 verbindenden Joch 193 auf.
Der eine Schenkel 191 ist am Träger 11 und der andere
Schenkel 192 am Zwischenträger 13 befestigt.
Vorzugsweise werden die Stege 19 beim Spritzen von Träger 11 und
Zwischenträger 13 einstückig mit
diesen angespritzt, wobei gleichzeitig auch die Bürstenköcher 17 mitangespritzt
werden und dadurch die gesonderten Arme 131 am Zwischenträger 13 entfallen.
Die Stege 19 stehen rechtwinklig von den Träger 11 und
Zwischenträger 13 bildenden
Isolierstoffplatten ab, so daß sie
beim Spritzen in Entformungsrichtung liegen und im Spritzwerkzeug
keine zusätzlichen
Querschieber erforderlich sind.
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Der in 2 in
Draufsicht zu sehende Bürstenhalter
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
ist nach dem gleichen Grundprinzip konzipiert. Auch hier weisen
die Entkopplungselemente nur einen Freiheitsgrad auf und sind zwischen
Träger 11 und
Zwischenträger 13 so
angeordnet, daß der
vorhandene Freiheitsgrad in Tangentialrichtung zum Kommutator verläuft, so
daß die
Bürstenköcher 17 mit
den darin befindlichen Kommutatorbürsten nur eine begrenzte Drehung
um den Kommutator auszuführen
vermögen
und alle anderen Freiheitsgrade des Zwischenträgers 13 praktisch
nicht vorhanden sind. Im Unterschied zu dem Bürstenhalter gemäß 1 ist hier der Zwischenträger 13 als
kreisrunde Isolierstoffplatte ausgebildet, die mit Spiel in der ebenfalls
kreisrunden Aussparung 12 des als Isolierstoffplatte ausgebildeten
Trägers 11 einliegt.
Die Anzahl der den Träger 11 und
den Zwischenträger 13 verbindenden
Entkopplungselemente 14 ist auf die Mindestzahl von drei
Entkopplungselementen 14 reduziert. Diese sind wiederum
sternförmig
zur Kommutatorachse bzw. zur Achse der Durchtrittsöffnung 15 für den Kommutator
angeordnet und liegen jeweils in einer zur Kommutatorachse bzw.
zur Achse der Durchtrittsöffnung 15 radialen
Ebene. Wie 4 zeigt ist
jedes Entkopplungselement 14 wiederum als flacher, elastischer
Steg 19 ausgeführt,
der U-förmig ist
und rechtwinklig von den Träger 11 und
Zwischenträger 13 bildenden
Isolierstoffplatten absteht. In gleicher Weise wie in 1 und 3 ist auch hier der Steg 19 mit
seinem einen Schenkel 191 mit dem Träger 11 und seinem
anderen Schenkel 192 mit dem Zwischenträger 13 fest verbunden.
Das Joch 193 ist anders als in 3 bogenförmig ausgebildet. Im übrigen ist
Aufbau und Wirkungsweise des modifizierten Bürstenhalters gemäß 2 identisch mit dem Bürstenhalter
in 1, so daß insoweit
auf die vorstehenden Ausführungen
verwiesen wird. Mit den Bauelementen des Bürstenhalters in 1 übereinstimmende Bauelemente
des Bürstenhalters
gemäß 2 sind mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Der beispielhaft als Bürstenhalter
für eine Kommutatormaschine
beschriebene Kontaktelementhalter zur Herstellung einer elektrischen
Verbindung zu einem Rotor, im Ausführungsbeispiel zum Kommutator,
ist auch bei sog. Schleifringmaschinen, z.B. Synchronmaschinen mit
Schleifringläufer
einsetzbar, In diesem Fall werden anstelle der Kommutatorbürsten sog.
Schleifbürsten
in die Köcher
eingesetzt, die federbelastet auf mindestens einem Schleifring statt
auf einem Kommutator aufliegen. Darüber hinaus kann der beschriebene
Kontaktelementhalter überall
dort Anwendung finden, wo ein elektrischer Berührungskontakt zwischen einem räumlich feststehenden,
stromführenden
Bauteil und einem dazu rotierenden, stromführenden Bauteil (Rotor) hergestellt
werden soll.