DE3790199C2 - - Google Patents
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- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
- H01R39/02—Details for dynamo electric machines
- H01R39/18—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
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- Motor Or Generator Current Collectors (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische
Bürstenkontaktvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Das USA-Patent Nr. 25 45 365 vom 13. März 1951 beschreibt
eine elektrische Kontaktvorrichtung mit Bürsten der Art,
die einen scheibenförmigen Bürstenkörper, hauptsächlich aus
Kohle oder einem anderen geeigneten, elektrisch leitenden
Material, aufweist, wobei der Bürstenkörper drehbar auf
einem zentralen Drehzapfen angeordnet ist und durch Drehung
gegen den Kommutator gedrückt wird. Beim Betrieb des Motors
unterliegt die Bürste einer fortschreitenden Abnutzung
entlang ihrem Umfang tangential zum Kommutatorumfang.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese bekannte Vorrichtung
einen schwerwiegenden Nachteil besitzt, der in der Praxis
eine industrielle Anwendung solcher Vorrichtungen
verhindert hat trotz deren grundsätzlichen Vorteilen,
welche daher nicht ausgenutzt werden konnten. Diese
grundsätzlichen Vorteile bestehen in der Möglichkeit,
Bürsten in kompakter Form herzustellen und das
Vorhandensein von Armen beträchtlicher Länge zwischen der
Kontaktfläche und der Drehachse zu vermeiden, wodurch das
Risiko eines Vibrierens des die Kontaktfläche tragenden
Armes sowie eines Brechens dieses im allgemeinen aus Kohle
hergestellten Armes vermieden wird.
Die elektrische Bürsten-Kontaktvorrichtung des Standes der
Technik, die in dem oben genannten USA-Patent gezeigt ist,
führt insbesondere zur Erzeugung von Funken und daher zur
Ablagerung einer Kohleschicht auf dem Kommutator, was zu
einer Verschlechterung des elektrischen Kontakts und
schließlich zu einer Unterbrechung der Motorfunktion
führt. Bis zu diesem Tag konnte keine Lösung dieses
Problems gefunden werden.
Die DE-OS 24 18 474 beschreibt eine Anordnung zur Stromzuführung
und zur Kommutierung für elektrische Maschinen
mittels einer oder mehrerer walzenförmiger Bürsten, wobei
die Bürsten zusammen mit den die Walzenbürsten tragenden,
der Stromzuführung dienenden und den zum Zweck des Andruckes
der Walzenbürsten an den Kommutator ein Drehmoment
an den Walzenbürsten erzeugenden Teilen eine Baueinheit
bilden, die einteilig an der Maschine bzw. den dafür vorgesehenen
Teilen, z. B. einem aus Isoliermaterial bestehenden
Bürstenträger befestigt wird.
Auch hierbei tritt noch der Nachteil der Erzeugung von
Funken und daher der Ablagerung einer Kohleschicht auf
dem Kommutator auf, wodurch eine Verschlechterung des elektrischen
Kontaktes und schließlich eine Unterbrechung der
Motorfunktion bedingt wird. Dies beruht darauf, daß ein
Teil der Kontaktflächen zwischen der zylindrischen Kommutatorfläche
und dem Bürstenkörper, in Richtung der Motorachse
und der Bürstendrehachse gesehen, im Schnittpunkt
mit einer die diesen Achsen entsprechenden Punkte verbindenden
Geraden angeordnet ist. Da in diesem Teil der Berührungsflächen
keinerlei radiale Kraft besteht, um die
Bürste gegen den Kommutator zu drücken und es demzufolge
am guten elektrischen Kontakt mangelt, werden Funken erzeugt,
durch die ein Teil der Kohleschicht auf der Kommutatoroberfläche
abgelagert wird. Ferner entstehen durch die
einander diametral gegenüberliegend angeordneten Walzenbürsten
mechanische Schwierigkeiten hinsichtlich der Einbautoleranz
des Lagers in Radialrichtung zur Kommutatorfläche.
Die US-PS 27 75 717 beschreibt insbesondere im Ausführungsbeispiel
im Zusammenhang mit den Fig. 5 und 6 eine Halterung
für zwei parallel nebeneinander angeordnete Bürsten für
den Kommutator eines Elektromotors, wobei nach Abnutzung
der einen Bürste diese durch einen Rückstellmechanismus
außer Eingriff mit dem Kommutator gebracht wird und an
ihrer Stelle die parallel dazu angeordnete Reservebürste
in den Eingriff mit dem Kommutator gebracht wird, um so
die Lebensdauer des Motors zu verdoppeln, ohne eine Bürste
manuell austauschen zu müssen.
Die DE-OS 28 12 214 beschreibt eine Bürstenhalteanordnung
für einen Gleichstrom-Kleinstmotor, der mit zwei Hebelbürsten
versehen ist, die jeweils auf einem gehäusefesten, mit
einer Anschlagschulter versehenen Zapfen radial verschwenkbar
angeordnet sind und durch eine um den Zapfen gewickelte
Torsionsschraubenfeder gegen den Kollektor des Motors gedrückt
sind. Jede der beiden Hebelbürsten steht über eine
Anschlußlitze mit einer formschlüssig im Gehäuse befestigten
Anschlußfahne in Verbindung, wobei ein an der Anschlußfahne
vorgesehener Teil zur axialen Begrenzung der auf dem Zapfen
gelagerten Hebelbürste dient. Die Bürstenhalteranordnung
ist also derart ausgebildet, daß eine Sicherung der Hebelbürste
in axialer Richtung bewirkt wird, ohne daß die Gefahr
einer Verklemmung der Hebelbürste auf dem Lagerzapfen besteht.
Die US-PS 12 38 666 beschreibt schließlich einen kompakten
Elektromotor, in dem die elektrische Steueranordnung in
einem Raum untergebracht werden soll, der sonst leerstehen
würde, und zwar in der Nähe des Kommutators bei einem abnehmbaren
Deckel, unterhalb dessen die beiden Bürsten angeordnet
sind. Die Bürsten sind dabei kreissegmentförmig ausgestaltet,
wobei ihre zylindrische Andruckfläche am Kommutator anliegt
und ihr der zylindrischen Andruckfläche entgegengesetztes
Ende offenbar mit einer Schraubverbindung mit einem Bürstenhalter
verbunden ist, der von einer Feder beaufschlagt
wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische
Bürstenkontaktvorrichtung für einen Elektromotor zu schaffen,
bei der keine Funkenbildung mehr zwischen der Bürste und
dem Kommutator auftritt und bei der die Ablagerung einer
isolierenden Kohleschicht auf dem Kollektor vermieden ist,
so daß die Lebensdauer der Kontaktvorrichtung erheblich
verlängert ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten
Merkmale gelöst; ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
ist im Unteranspruch beschrieben.
Die Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis, daß die
genannten Nachteile der bekannten Vorrichtungen darauf
zurückzuführen sind, daß ein Teil der Kontaktfläche
zwischen der zylindrischen Kommutatorfläche und dem
Bürstenkörper, in Richtung der Motorachse und der
Bürstendrehachse gesehen, im Schnittpunkt mit einer die
diesen Achsen entsprechenden Punkte verbindenden Geraden
angeordnet ist. In diesem Teil der Berührungsfläche besteht
natürlich keinerlei radiale Kraft, um die Bürste gegen den
Kommutator zu drücken, und demnach ist auch kein guter
elektrischer Kontakt in dem entsprechenden Bereich
vorhanden. Es hat sich herausgestellt, daß dieser Umstand
zur Erzeugung von Funken führt, welche die Ablagerung einer
Kohleschicht auf der Kommutatoroberfläche zur Folge haben,
wie dies oben erwähnt wurde. Ferner entstehen dadurch, daß
man im allgemeinen zwei einander diametral gegenüberliegend
angeordnete Bürsten verwendet, Schwierigkeiten mechanischer
Art infolge der Einbautoleranz des Lagers in
Radialrichtung zur Kommutatorachse. Die Kontaktflächen der
Bürsten in den erwähnten diametral gegenüberliegenden
Kommutatorbereichen sind ja hier in einer festen Entfernung
voneinander angeordnet. Es ergibt sich daraus eine
Abnutzung in diesen Bereichen, die sich ebenfalls störend
auf das Funktionieren des Kommutators auswirkt.
Durch das Vorhandensein des kreisförmigen Einschnitts
befindet sich der zentrale Teil des Bürstenkörpers immer in
einem bestimmten Abstand vom Kommutator, und die effektive
Kontaktfläche bzw. Verschleißfläche des Bürstenkörpers in
dessen Umfangsteil ist ständig dem Druck des elastischen
Rückführorgans unterworfen, unabhängig vom Abnutzungsgrad
der Bürste.
Die Erfindung wird besser verständlich durch die folgende
detaillierte Beschreibung einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen elektrischen Bürsten-Kontaktvorrichtung,
wobei diese Beschreibung ein nicht einschränkendes Beispiel
betrifft und sich auf die beigefügte Zeichnung bezieht, in
der:
Fig. 1 eine parallel zur Motorachse betrachtete
Frontalansicht eines Teils der inneren Stirnseite eines
Endteils eines elektrischen Motors mit zylindrischem
Kommutator ist, wobei die gegenseitige Anordnung der
Bürsten und des Kommutators im Fall einer elektrischen
Kontaktvorrichtung mit einem nockenförmigen Bürstenkörper
entsprechend dem Stand der Technik gezeigt ist, und
Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Frontalansicht ist, die
den Fall einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen
Bürsten-Kontaktvorrichtung entsprechend der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.
In Fig. 1 wurde ein Teil eines Bürstenträgerteils 1 eines
elektrischen Gleichstrommotors dargestellt. Der Teil 1 hat
eine zylindrische Form und wird aus einem formbeständigen
Kunststoff gegossen. Er weist eine kreisförmige Öffnung 2
auf, die zum Durchlaß der nicht dargestellten Rotorachse
des Motors bestimmt ist. Der Raum, der durch die
Innenfläche der Seitenwand 3 des Teils 1 und die innere
kreisförmige Stirnseite 4 derselben begrenzt wird, bildet
einen Aufnahmeraum, in dessen Innerem zwei Bürsten 5
angeordnet sind, die jeweils drehbar um eine entsprechende,
auf dem Teil 1 befestigte Drehachse 6 angeordnet sind. Die
Drehachsen 6 sind entweder zur Gänze aus einem elektrisch
gut leitenden Material, wie Messing, hergestellt, oder von
einem Teil aus einem solchen Material umgeben, und sind
jeweils elektrisch einerseits mit dem Körper der Bürste 5
verbunden, und zwar mittels eines Leiterkabels 11, welches
vorteilhafterweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung
besteht, und andererseits mittels eines elektrischen
Leiterkabels 12 mit einer leitenden Zunge 13. Die leitende
Zunge 13 tritt durch die Endfläche des Teils 1 durch, um
die elektrische Verbindung mit einer der nicht gezeigten
Anschlußklemmen des Motors, die auf der Außenwand dieser
Wand befestigt sind, herzustellen.
Die Zunge 13 und das entsprechende Ende des Kabels 12 sind
miteinander in einem diametral verlaufenden Einschnitt
eines Klötzchens 14, das Bestandteil des Teils 1 ist,
miteinander verklemmt.
Da die Anordnung der beiden Bürsten 5 und der beiden
entsprechenden Klötzchen 14 symmetrisch zur Achse des Teils
1 ist, wurde zur Vereinfachung der Zeichnung nur ein Teil
von 1 dargestellt, welcher eine Bürste 5 und das
entsprechende Klötzchen 14 trägt.
Auf der Innenfläche 4 des Teils 1 sind zwei Erhebungen 7
geformt, die jeweils einer Bürste 5 zugeordnet sind und auf
die sich jeweils eine nicht dargestellte Spiralfeder
abstützt, die gegenüber der Achse 6 der entsprechenden
Bürste zentriert ist und eine Drehwirkung im
Gegenuhrzeigersinn auf die Bürste ausübt, so daß deren
Kontaktfläche 8 auf den Kollektor 9 gedrückt wird. Der
letztere ist in Fig. 1 im Schnitt senkrecht zur Rotorachse
des Motors gezeigt.
In die Fläche 4 des Teils 1 ist eine Vertiefung
eingelassen, die durch einen kreisförmigen Randteil 10
begrenzt ist und die konzentrisch zur Öffnung 2 verläuft,
um das Ende des Kommutators 9 aufzunehmen. Die
Kontaktfläche 8 der Bürste gegenüber dem Kommutator 9 wird
ständig unter dem Einfluß der durch die Spiralfeder
ausgeübten Kraft mit merklichem Druck gegen die
Kommutatoroberfläche gedrückt, und die Drehung des
Kommutators 9 bewirkt eine fortschreitende Abnutzung der
Bürste ohne Veränderung der Form der Kontaktfläche 8,
welche ständig in dem Bürstenkörper ausgeschliffen wird. Im
Zuge der Abnutzung der Bürste 5 erstreckt sich jedoch der
zylindrische Teil 16 der Außenfläche der Bürste 5 entlang
einer Linie, die durch den von der Bezugsziffer 15
ausgehenden Pfeil bezeichnet ist, und bleibt dabei
tangential zum Kommutator 9. Die genannte Linie stellt die
Grenze zwischen dem zylindrischen Teil 16 der
Bürstenoberfläche und der Kontaktfläche 8 dar. Es ist
leicht einzusehen, daß die Zone des Teils 16 der
Bürstenfläche, welche in unmittelbarer Nachbarschaft dieser
Linie gelegen ist, sich in einem sehr geringen Abstand vom
Kommutator 9 befindet, so daß elektrische Funken in dieser
Zone zwischen dem Kommutator und der Bürste entstehen.
Diese elektrischen Funken bewirken die Ablagerung einer
isolierenden Kohleschicht auf dem Kollektor und haben den
weiter oben erwähnten Nachteil zur Folge.
Es ist ferner zu bemerken, daß dadurch, daß der
zylindrische Teil 16 der Oberfläche der Bürste 5 tangential
zum Kommutator 9 verläuft, die Drehung des letzteren nur
möglich ist, wenn er ganz genau in gleichem Abstand zu den
Drehachsen der beiden Bürsten 5 zentriert ist und wenn
ferner sein Umfang genau zylindrisch ist. Dies macht die
Einhaltung von äußerst engen Herstellungstoleranzen
notwendig, die praktisch in einer industriellen
Groß-Serienherstellung nicht erreichbar sind. Dies stellt
einen weiteren Nachteil dar, der zu dem der Ablagerung
einer Kohleschicht auf dem Kommutator hinzukommt, so daß
die Verwendung von Bürsten der genannten Art bis jetzt
nicht möglich war.
Man ersieht aus Fig. 2, in der zu entsprechenden Elementen
der Fig. 1 identische Elemente mit den gleichen
Bezugsziffern bezeichnet sind, daß die Ausbildung der
Bürsten 5′ im ganzen und ihre Anordnung gegenübr dem
Kommutator 9 gleich sind wie im Fall der Kontaktvorrichtung
gemäß dem Stand der Technik, wie sie in Fig. 1
dargestellt ist.
In der elektrischen Kontaktvorrichtung gemäß der Erfindung
besitzen die Bürsten 5′ jedoch einen kreisförmigen
Einschnitt 17, der sich über einen Kreisbogen des
Bürstenkörpers erstreckt, und der einen Umfangsteil 5a
desselben, dessen freies Ende durch die Kontaktfläche 8′
der Bürste mit dem Kommutator 9 begrenzt ist, von einem
zentralen Teil 5b, welcher die Drehachse 6 umgibt, trennt.
Demzufolge verlängert sich die Kontaktfläche 8′ der Bürste
5′ mit dem Kommutator 9 nicht durch die zylindrische Fläche
16′, die konzentrisch zur Drehachse 6 der Bürste 5′ ist,
sondern ist von dieser durch den Einschnitt 17 getrennt,
und zwar unabhängig vom Abnutzungsgrad der Bürste,
zumindest so lange dieser nicht zu einem vollständigen
Verschwinden des Einschnitts 17 geführt hat, d. h. so lange
die Kontaktfläche 8′ nicht jene Zone erreicht hat, wo die
Teile 5a und 5b des Bürstenkörpers miteinander verbunden
sind. Daraus ergibt sich, wie ersichtlich, daß die
zylindrische Fläche 16′ keine Tangentenlinie mit dem
Kommutator 9 (wie die Linie 15 der Fig. 1) aufweist und
daß alle Teile dieser Fläche in genügend großem Abstand
von der äußeren Fläche des Kommutators sind, um das Risiko
einer elektrischen Funkenbildung zwischen der zylindrischen
Fläche 16′ der Bürste und dem Kommutator zu beseitigen.
Dieses Ergebnis kann z. B. in der Praxis dadurch erreicht
werden, daß für eine Bürste 5′, deren Umfangsfläche einen
Radius von 4 mm in dem von ihrer Achse am weitesten
entfernten Teil aufweist, insbesondere im Teil 5a, und die
einen Radius von 2 mm an der zylindrischen Fläche 16′ des
zentralen Teils 5b aufweist, indem dem Einschnitt 17 eine
Breite von 0,4 mm gegeben wird.
Es ist daher zu verstehen, daß die erfindungsgemäße
Bürste eine beträchtliche Beschränkung des Risikos der
Funkenbildung zwischen dem Bürstenkörper und dem Kommutator
erlaubt.
Durch die Tatsache, daß der Kommutator nur durch die
Fläche 8′ mit der Bürste in Verbindung steht, welche Fläche
am Ende des eine gewisse Flexibilität aufweisenden
Umfangsteils 5a liegt, ist ferner die Drehung des
Kommutators keineswegs behindert, auch wenn die Toleranzen
der Zentrierung seiner Achse sowie diejenigen der
Zylinderform seines Umfangs nicht sehr eng sind.
Claims (2)
1. Elektrische Bürstenkontaktvorrichtung für einen Elektromotor
mit zylindrischem Kommutator, welche einen Bürstenkörper
in Form einer Nocke aus elektrisch leitendem
Material mit mindestens einer zylindrischen Kontaktfläche
aufweist, Mittel, um diesen Bürstenkörper drehbar um
eine axiale Drehachse anzubringen, und elastische Rückführmittel,
die eine Drehwirkung auf den Bürstenkörper ausüben,
dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Bürstenkörper
einen im wesentlichen zylindrischen Einschnitt
aufweist, der durch zwei im wesentlichen zylindrische,
voneinander getrennte und im wesentlichen zur Bürstendrehachse
konzentrische Fläche begrenzt ist, wobei
dieser Einschnitt einen die genannte Kontaktfläche bildenden
Umfangsteil des Bürstenkörpers von einem die Drehachse
umgebenden zentralen Teil des Bürstenkörpers trennt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bürstenkörper aus Kohle ist.
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