DE10249157A1 - Kontaktelementhalter - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Kontaktelementhalter, insbesondere ein Bürstenhalter für Kommutator- oder Schleifringmaschinen, angegeben, der einen am Maschinengehäuse befestigbaren Träger (11) und mindestens einen am Träger (11) gehaltenen, zum Rotor weisenden Köcher (17) zur verschieblichen Aufnahme eines Kontaktelements (16) sowie Entkopplungselemente (14) aufweist, die zwischen Träger (11) und Köcher (17) angeordnet sind. Zur Erzielung einer guten Geräuschentkopplung des Kontaktelements (16) vom Maschinengehäuse und in Anwendung bei einer Kommutatormaschine zur Sicherstellung einer guten Kommutierungsqualität sind die Entkopplungselemente (14) derart ausgebildet und angeordnet, daß der mindestens eine Köcher (17) nur einen begrenzten, rotatorischen Schwenkweg um den Rotor auszuführen vermag (Fig. 2).
Description
- 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.
- 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.
- 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.
- 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. - 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.
- Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Kontaktelementhalters möglich.
- 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.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Entkopplungselemente um vorzugsweise gleiche Drehwinkel in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt, also sternförmig angeordnet.
- 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.
- Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in schematisierter Darstellung:
-
1 und2 jeweils eine Draufsicht eines Bürstenhalters für einen Gleichstromkleinmotor gemäß einem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, -
3 einen Schnitt längs der Linie III-III in1 , -
4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in2 . - Beschreibung der Ausführungsbeispiele
- Der in
1 in Draufsicht dargestellte Bürstenhalter für eine als Gleichstromkleinmotor eingesetzte Kommutatormaschine als Beispiel für einen Kontaktelementhalter hat einen Träger11 , der mittig eine quadratische Aussparung12 aufweist, in welcher ein Zwischenträger13 einliegt. Träger11 und Zwischenträger13 sind als scheibenförmige Isolierstoffplatten ausgebildet und über insgesamt vier elastische Entkopplungselemente14 miteinander verbunden. Der Zwischenträger13 weist eine kreisrunde Durchtrittsöffnung15 zum Hindurchführen eines hier nicht dargestellten Kommutators des Gleichstromkleinmotors auf. - Für den zweipolig ausgeführten Gleichstromkleinmotor hat der Bürstenhalter zwei Kommutatorbürsten
16 , die jeweils in einem sich in Richtung der Durchtrittsöffung15 erstreckenden Bürstenköcher17 axial verschieblich aufgenommen sind und im montierten Zustand mittels hier nicht dargestellter Bürstenandruckfedern auf den Kommutator aufgedrückt werden. Die elektrischen Anschlußlitzen der Kommutatorbürsten16 sind mit18 bezeichnet. Die Bürstenköcher17 sind auf dem Zwischenträger13 befestigt. Hierzu sind am Zwischenträger13 zwei abstrebende Arme131 vorgesehen, die mit Spiel in entsprechenden, seitlichen Verlängerungen121 der Aussparung12 einliegen. Die Bürstenköcher17 sind aus Metall gefertigt und auf den Armen131 befestigt. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die Bürstenköcher17 auch aus Isolierstoff gefertigt werden und werden dann einstückig mit der Isolierstoffplatte des Zwischenträgers13 durch Spritzen hergestellt, so daß die Arme131 entfallen. - Die vier Entkopplungselemente
14 sind um gleiche Umfangswinkel gegeneinander versetzt sternförmig um die Durchtrittsöffnung12 im Zwischenträger13 angeordnet und sind einerseits zwischen den Bürstenköchern17 an dem Zwischenträger13 und andererseits an dem Träger11 festgelegt. Jedes Entkopplungselement14 weist nur einen Freiheitsgrad auf und ist so angeordnet, daß dieser Freiheitsgrad in Tangentialrichtung zum Kommutator, also zu der den Kommutator aufnehmenden Durchtrittsöffnung15 , verläuft, wobei selbstverständlich der Bürstenhalter so im Motorgehäuse montiert ist, daß die Achse der Durchtrittsöffnung15 im Zwischenträger13 mit der Kommutatorachse zusammenfällt. Durch die sternförmige Anordnung der Entkopplungselemente14 mit tangential gerichtetem Freiheitsgrad vermag der Zwischenträger13 mit den darauf befestigten Bürstenköchern17 ausschließlich einen begrenzten, rotatorischen Schwenkweg um den Kommutator auszuführen, so daß die auf den Kommutator sich aufpressenden Kommutatorbürsten16 rotatorisch entkoppelt sind. Weitere Freiheitsgrade, nämlich zwei rotatorische und drei translatorische, sind nicht vorhanden oder sind vernachlässigbar. - In dem Ausführungsbeispiel der
1 sind die Entkopplungselemente14 mittels elastischer, flacher Stege19 realisiert, von denen jeder in einer zur Kommutatorachse bzw. zur Achse der Durchtrittsöffnung15 radialen Ebene liegt. In der Schnittdarstellung in3 ist ein solcher flacher Steg in Draufsicht zu sehen. Er weist U-Form mit Schenkeln191 ,192 und mit einem die Schenkel191 ,192 verbindenden Joch193 auf. Der eine Schenkel191 ist am Träger11 und der andere Schenkel192 am Zwischenträger13 befestigt. Vorzugsweise werden die Stege19 beim Spritzen von Träger11 und Zwischenträger13 einstückig mit diesen angespritzt, wobei gleichzeitig auch die Bürstenköcher17 mitangespritzt werden und dadurch die gesonderten Arme131 am Zwischenträger13 entfallen. Die Stege19 stehen rechtwinklig von den Träger11 und Zwischenträger13 bildenden Isolierstoffplatten ab, so daß sie beim Spritzen in Entformungsrichtung liegen und im Spritzwerkzeug keine zusätzlichen Querschieber erforderlich sind. - 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 Träger11 und Zwischenträger13 so angeordnet, daß der vorhandene Freiheitsgrad in Tangentialrichtung zum Kommutator verläuft, so daß die Bürstenköcher17 mit den darin befindlichen Kommutatorbürsten nur eine begrenzte Drehung um den Kommutator auszuführen vermögen und alle anderen Freiheitsgrade des Zwischenträgers13 praktisch nicht vorhanden sind. Im Unterschied zu dem Bürstenhalter gemäß1 ist hier der Zwischenträger13 als kreisrunde Isolierstoffplatte ausgebildet, die mit Spiel in der ebenfalls kreisrunden Aussparung12 des als Isolierstoffplatte ausgebildeten Trägers11 einliegt. Die Anzahl der den Träger11 und den Zwischenträger13 verbindenden Entkopplungselemente14 ist auf die Mindestzahl von drei Entkopplungselementen14 reduziert. Diese sind wiederum sternförmig zur Kommutatorachse bzw. zur Achse der Durchtrittsöffnung15 für den Kommutator angeordnet und liegen jeweils in einer zur Kommutatorachse bzw. zur Achse der Durchtrittsöffnung15 radialen Ebene. Wie4 zeigt ist jedes Entkopplungselement14 wiederum als flacher, elastischer Steg19 ausgeführt, der U-förmig ist und rechtwinklig von den Träger11 und Zwischenträger13 bildenden Isolierstoffplatten absteht. In gleicher Weise wie in1 und3 ist auch hier der Steg19 mit seinem einen Schenkel191 mit dem Träger11 und seinem anderen Schenkel192 mit dem Zwischenträger13 fest verbunden. Das Joch193 ist anders als in3 bogenförmig ausgebildet. Im übrigen ist Aufbau und Wirkungsweise des modifizierten Bürstenhalters gemäß2 identisch mit dem Bürstenhalter in1 , so daß insoweit auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Mit den Bauelementen des Bürstenhalters in1 übereinstimmende Bauelemente des Bürstenhalters gemäß2 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. - 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.
Claims (12)
- Kontaktelementhalter zum elektrischen Kontaktieren eines Rotors, insbesondere Bürstenhalter für Kommutator- oder Schleifringmaschinen, mit einem feststehenden Träger (
11 ), mit mindestens einem am Träger (11 ) gehaltenen, zu einer zentralen Durchtrittsöffnung (15 ) für den Rotor weisenden Köcher (17 ) zur verschieblichen Aufnahme eines elektrisch leitenden Kontaktelements (16 ) und mit zwischen Träger (11 ) und Köcher (17 ) angeordneten Entkopplungselementen (14 ), dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungselemente (14 ) derart ausgebildet und angeordnet sind, daß der mindestens eine Köcher (17 ) nur einen begrenzten, rotatorischen Schwenkweg um den Rotor auszuführen vermag. - Halter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Entkopplungselemente (
14 ) vorgesehen sind und jedes Entkopplungselement (14 ) nur einen Freiheitsgrad aufweist und daß die Entkopplungselemente (14 ) so zwischen Träger (11 ) und dem mindestens einen Köcher (17 ) angeordnet sind, daß der Freiheitsgrad in Tangentialrichtung zum Rotor verläuft. - Halter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungselemente (
14 ) um vorzugsweise gleiche Drehwinkel in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind. - Halter nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Köcher (
17 ) auf einem Zwischenträger (13 ) angeordnet ist und daß die Entkopplungselemente (14 ) den Träger (11 ) und den Zwischenträger (13 ) miteinander verbinden. - Halter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungselemente (
14 ) mit Abstand von dem mindestens einen Köcher (17 ) an dem Zwischenträger (13 ) angreifen. - Halter nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungselemente (
14 ) als elastische, flache Stege (19 ) ausgebildet sind, von denen jeder in einer zur Achse der zentralen Durchtrittsöffnung (15 ) für den Rotor radialen Ebene liegt. - Halter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steg (
19 ) U-förmig mit zwei Schenkeln (191 ,192 ) und einem die Schenkel (191 ,192 ) verbindenden Joch (193 ), die in der radialen Ebene liegen, ausgebildet ist und daß der eine Schenkel (191 ) am Träger (11 ) und der andere Schenkel (192 ) am Zwischenträger (13 ) festgelegt ist. - Halter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Träger (
11 ) und Zwischenträger (13 ) als Isolierstoffplatten ausgebildet sind und die Stege (19 ) rechtwinklig von den Isolierstoffplatten abstehen. - Halter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Köcher (
17 ) auf der den Zwischenträger (13 ) bildenden Isolierstoffplatte befestigt ist und vorzugsweise aus Metall besteht. - Halter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Köcher (
17 ) einstückig mit der den Zwischenträger (13 ) bildenden Isolierstoffplatte ausgebildet ist. - Halter nach einem der Ansprüche 8–10, dadurch gekennzeichnet, daß die den Träger (
11 ) und den Zwischenträger (13 ) bildenden Isolierstoffplatten und die Stege (19 ) einstückig gespritzt sind. - Halter nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, daß mindesten zwei um gleiche Drehwinkel zueinander versetzt angeordnete Köcher (
17 ) vorhanden sind.
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