WO2002019477A1 - Brush assembly for an electric machine - Google Patents

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WO2002019477A1
WO2002019477A1 PCT/DE2001/002814 DE0102814W WO0219477A1 WO 2002019477 A1 WO2002019477 A1 WO 2002019477A1 DE 0102814 W DE0102814 W DE 0102814W WO 0219477 A1 WO0219477 A1 WO 0219477A1
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WO
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brush
spring
insulation element
brushes
arrangement according
Prior art date
Application number
PCT/DE2001/002814
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German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Haeusel
Frank Reschnar
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to DE50114385T priority patent/DE50114385D1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01R39/26—Solid sliding contacts, e.g. carbon brush
    • H01R39/27—End caps on carbon brushes to transmit spring pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01R39/38—Brush holders
    • H01R39/381—Brush holders characterised by the application of pressure to brush

Definitions

  • a brush assembly for an electric machine designed as a starter is known according to the type referred to in the preamble of claim 1.
  • This brush arrangement serves to supply the rotor of the starter motor operated with direct current with electrical energy via a commutator.
  • the known brush arrangement is connected via a busbar to the positive pole of a starter battery.
  • This busbar is led from the outside through a rubber seal into the interior of the machine. Via two arms of this busbar, a plus brush is contacted via a wire connected to the busbar. In a similar way, the two minus brushes are contacted via two strands with a sheet connected to ground.
  • Each of the four brushes is arranged in a brush holder and in this brush holder is displaceable in the radial direction with respect to the commutator.
  • Each brush has a contact side with which the brush rests on the commutator and thus on the fins. Opposite the contact side in the radial direction is the back of the brush, on which a spring is supported. This spring is in turn their side facing away from the commutator in the brush holder. This spring ensures sufficient electrical contact of the brush on the commutator.
  • the brush arrangement according to the invention for an electrical machine with the features of the main claim has the advantage that the poor operating conditions for the spring are avoided in the event of misuse of the starter.
  • the heat transfer to the spring is at least impeded in the insulation element arranged between the end of the at least one brush directed towards the spring and an end of the spring directed towards the at least one brush, as a result of which the heat transferred from the brush is increasingly passed on to the braid. While a highly heated brush can transfer the heat to the spring almost unhindered without an insulation element and this leads to inadmissibly high spring temperatures, which result in the spring being set, the heat transfer between the brush and inhibited by the spring.
  • the spring is kept within a lower temperature level so that there are no significant changes in the spring material that could lead to a decrease in the spring force.
  • the contact pressure or contact pressure of the brushes on the commutator is maintained, the tendency towards brush fire and arcing decreases rapidly.
  • the temperature level in the area of the commutator or the brush arrangement is reduced and a fire risk is minimized.
  • the insulation element has a plate area which separates the spring and the brush and is separated from other functional areas, then only by dimensioning the plate area can the dimensions of the permissible amount of heat to be transferred per unit of time be measured with relative accuracy.
  • the insulation element has a clamping area on the side of the plate area facing the spring, the clamping area can be fastened by means of this clamping area
  • Isolation element on the spring can be determined precisely.
  • the guide area encompasses the spring on its essentially cylindrical outer side, an insulation effect of the guide area from the spring is possible in addition to the insulating effect of the plate area.
  • Brush holders already used do not need to be replaced by new ones if the guide and clamping areas are only arranged in sections such that they are arranged in the area above the brush within the projection surface of the brush in its direction of displacement. The diameter in the area of the spring then need not be increased; at the same time, the guidance of the spring through the brush holder is retained.
  • Minus brush strands are reduced because there is no flammable housing seal in the area of the at least one minus brush. If all the brushes are isolated using the insulation element, an increase in the brush fire or possible arcing is largely prevented. At most, the brush wires either on the minus or on the plus side heat up so much that they reach their melting temperature and the starter motor fails in a controlled manner.
  • thermosetting material or a composite material based on a thermosetting plastic has emerged as a suitable material for the insulation element.
  • Thermosets are particularly insensitive to temperature compared to other polymer-based plastics, and destruction of a thermosetting insulation element in the application and thus an interruption of the insulation effect between the brush and spring are particularly unlikely.
  • FIG. 1 shows a cross section through an electrical machine with a plan view of a brush plate
  • Fig. 2 shows a sectional view of the brush plate along the line I-I in Fig. 1,
  • FIG. 3 shows a side view of an insulation element in a first embodiment
  • FIG. 4 shows a top view of the insulation element from FIG. 3, 5 shows a cross section of an insulation element on the basis of a second exemplary embodiment along the line VV in FIG. 6,
  • FIG. 6 shows a partial top view of the insulation element from FIG. 5,
  • FIG. 10 shows a schematic brush arrangement in which all brushes are thermally insulated.
  • FIG. 1 shows a cross section through an electrical machine 10. Since further details of the electrical machine 10 are not required to understand the invention, only a plan view of the electrical machine 10.
  • Brush holder 13 shown with the brush assembly 16 of the invention.
  • the brush holder 13 is arranged in a pole tube 19 of the electrical machine 10.
  • the brush holder 13 carries four brushes 22 which are slidably received in brush holders 25.
  • the two brushes 22 arranged at the top in FIG. 1 are so-called plus brushes 28, each of which is connected to a busbar 33 via a strand 31.
  • This busbar 33 is usually connected to a contact of a starter relay, not shown.
  • the busbar 33 is guided through an opening 35 in the pole tube 19 to the outside. So that, for example, no moisture can penetrate through this opening 35, this opening 35 is closed by means of a seal 38 and the busbar 33 is guided through to the outside through an opening in the seal 38 which is not designated in any more detail.
  • the two lower brushes 22 in FIG. 1 are so-called
  • Minus brushes 40 which are also contacted via a strand 31 with a sheet metal part 42 of the brush holder 13.
  • the sheet metal part 42 is connected indirectly to a negative pole of the starter battery via elements, not shown.
  • the two plus brushes 28 and the two minus brushes 40 each have an angular distance of 120 °.
  • a plus brush 28 and an opposite minus brush 40 form a pair of brushes 44.
  • a pair of brushes 44 is the minimum number for energizing such a commutator direct current machine.
  • each brush 22 can be displaced in its brush holder 25 in the direction of the center M.
  • the center of rotation M is the axis of rotation of a rotor (not shown) of the electrical machine 10.
  • the brushes 22 are depending on. The degree of their wear can be shifted either initially only in the direction of the center point M or after a certain period of use in the corresponding radial opposite direction, which is indicated by corresponding double arrows on the circumference of the pole tube.
  • a spring 46 is arranged next to a brush 22, which ensures a compressive force on the brush 22 and thus a safe contact of the brush 22 with the commutator.
  • the spring 46 acts in the displacement direction of the brush 22. Between one directed towards the 'spring 46 end 48 of the brush 22 and directed towards the brush 22 end 50 of the spring 46 an insulating member 52 is arranged such that a heat transfer to the spring 46 impeded.
  • the insulation element 52 initially consists of a plate region 54 which is arranged between the spring 46 and the brush 22. This plate area 54 directly prevents the direct heat transfer between the brush 22 and the spring 46.
  • the outer diameter D of the plate area 54 corresponds to the outer diameter of the spring 46 to be insulated.
  • the spring 46 is supported on the side of the plate area 54 facing away from the brush 22.
  • a clamping area 56 extends.
  • the spring 46 is non-positively connected or connected to the insulation element 52 and is thus fastened.
  • This clamping area 56 has a height of approximately 1 mm and is therefore sufficient for the clamping attachment of the spring 46 to the insulation element 52. The height is to be matched to the respective spring 46 used.
  • the clamping area 56 is in the axial direction
  • Subordinate management area 58 This guide area 58 serves to facilitate the insertion of the insulation element 52 into the end 50 of the spring 46. For this reason, the guide area 58 is conical at its end facing away from the plate area 54.
  • FIG. 4 shows the top view of the insulation element 52 from FIG. 3. In the top view it can be seen that the guide region 58 and the clamping region 56 initially have an essentially regularly hexagonal prismatic one
  • lugs 64 are arranged, which start from a cylindrical basic shape. These lugs 64 essentially have a crescent-shaped cross section. With the aid of these lugs 64, which extend somewhat beyond the prismatic shape, the spring 46 is clamped on its inner circumference, so that a non-positive fastening of the insulation element 52 to the spring 46 is made possible ,
  • the spring 46 is held on its inner circumference by the clamping area 56, according to FIG. 5 there is the possibility of clamping the spring 46 on its outer circumference in a corresponding manner.
  • the insulation element 52 according to FIG. 5 likewise has a plate region 54, to which a clamping region 56 and a guide region 58 are connected. While in the exemplary embodiment according to FIGS. 3 and 4, the clamping area 56 clamps the spring 46 on its inner circumference by means of lugs 64, the lugs 64 in FIG. 5 clamp the spring 64 on their outer circumference in an analogous manner, see also FIG. 6 ,
  • Insulation element 52 in particular in terms of height, that is to say restricted in the axial direction of spring 46, can also be dispensed with guide area 58 which is separate from clamping area 56, since springs 46 with a round wire cross-section can also be inserted into guide area 58 without them Have insulation element 52 inserted.
  • the clamping area 56 or the lugs 64 can also be chamfered in the direction of the spring in order to facilitate insertion of the spring 46 or the insulation element 52.
  • the third exemplary embodiment according to FIG. 7 shows an insulation element 52 with a plate region 54 which is extended radially outwards and extends in the direction of a rectangular recess 66 in the brush holder 25.
  • the recess 66 corresponds approximately to that
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment based on the exemplary embodiment according to FIG. 5 or FIG. 6.
  • the insulation effect is further improved here.
  • This improvement is achieved in that the plate area has a size that approximately corresponds to the cross section of a brush 22.
  • This greatest possible coverage of the brush 22 by the plate area 54 only allows heat to be dissipated from the brush 22 via the brush holder 25 or the plate area 54.
  • heat transfer from the brush 22 via the air between the brush 22 and the spring 46 is no longer possible.
  • the heat transfer from the brush 22 to the spring 46 is restricted even more by the plate region 54, and the harmful effects of the heat on the spring 46 are further reduced.
  • the brush arrangement 16 is shown schematically in FIGS. 9 and 10. In FIG. 9, only the plus brushes 28 are isolated by means of the insulation element 52. 10, on the other hand, all the brushes 22, ie both the plus brushes 28 and the minus brushes 40, are insulated.
  • thermoset is a phenolic molding compound with a short
  • Glass fiber filler In particular, a substance with a thermal conductivity of approx. 0.7 W / mK is suitable. The thermal conductivity of this substance is therefore in a range of 1 W / mK and less, which prevents excessive heating of the spring 46.

Landscapes

  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Abstract

The invention relates to a brush assembly for an electric machine (10), comprising at least one pair of brushes (44). At least one brush (22) is mounted in a displaceable manner and a spring (46) acts upon the displaceable brush(es) (22) in a displacement direction. The brush assembly is characterised in that an insulating element (52) is placed between one end (48) of the brush(es) (22) that is directed towards the spring (46) and one end (50) of the spring (46) that is directed towards the brush(es) (22). Said insulating element prevents a thermal transfer to the spring (46).

Description

Bürstenanordnung für eine elektrische MaschineBrush assembly for an electrical machine
Stand der TechnikState of the art
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE-GM 32 68 95 ist eine Bürstenanordnung für eine als Starter ausgeführte elektrische Maschine gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bezeichneten Art bekannt . Diese Bürstenanordnung dient dazu, den Läufer des mit Gleichstrom betriebenen Startermotors über einen Kommutator mit elektrischer Energie zu versorgen. Die bekannte Bürstenanordnung wird dabei über eine Stromschiene an den Pluspol einer Starterbatterie angeschlossen. Diese Stromschiene ist von außen durch einen Dichtungsgummi in das Innere der Maschine hindurchgeführt. Über zwei Arme dieser Stromschiene wird jeweils eine Plusbürste über je eine mit der Stromschiene verbundene Litze kontaktiert. In ähnlicher Weise sind die zwei Minusbürsten über zwei Litzen mit einem an Masse angeschlossenes Blech kontaktiert . Jede der vier Bürsten ist in einer Bürstenfassung angeordnet und ist in dieser Bürstenfassung im Bezug zum Kommutator in radialer Richtung verschiebbar. Jede Bürste hat eine Kontaktseite, mit der die Bürste auf dem Kommutator und damit auf den Lamellen anliegt . Der Kontaktseite in radialer Richtung gegenüberliegend befindet sich die Rückseite der Bürste, auf der sich eine Feder abstützt. Diese Feder wiederum ist mit ihrer von dem Kommutator abgewandten Seite in der Bürstenfassung gelagert. Diese Feder sichert einen ausreichenden elektrischen Kontakt der Bürste auf dem Kommutator .From the German utility model DE-GM 32 68 95 a brush assembly for an electric machine designed as a starter is known according to the type referred to in the preamble of claim 1. This brush arrangement serves to supply the rotor of the starter motor operated with direct current with electrical energy via a commutator. The known brush arrangement is connected via a busbar to the positive pole of a starter battery. This busbar is led from the outside through a rubber seal into the interior of the machine. Via two arms of this busbar, a plus brush is contacted via a wire connected to the busbar. In a similar way, the two minus brushes are contacted via two strands with a sheet connected to ground. Each of the four brushes is arranged in a brush holder and in this brush holder is displaceable in the radial direction with respect to the commutator. Each brush has a contact side with which the brush rests on the commutator and thus on the fins. Opposite the contact side in the radial direction is the back of the brush, on which a spring is supported. This spring is in turn their side facing away from the commutator in the brush holder. This spring ensures sufficient electrical contact of the brush on the commutator.
Es wurde festgestellt, dass bei einem mißbräuchlichen Betrieb einer solchen elektrischen Maschine, beispielsweise durch Dauerbetrieb, das Bürstenfeuer unzulässig stark zunehmen kann und nach einem Blockieren des Läufers - beispielsweise aufgrund gelockerter Lamellen des Kommutators - und weiterem Anliegen der Betriebsspannung sogar Lichtbögen auftreten, die zu einer unzulässigen Überhitzung der Maschine führen können. Ursache für das zunehmende Bürstenfeuer und die auftretenden Lichtbögen ist ein Nachlassen der Andruckkraft der Bürsten auf dem Kommutator, für die eine nachlassende Andruckkraft einer betriebsbedingten Schwächung der Feder verantwortlich ist .It was found that if an electrical machine of this type is misused, for example as a result of continuous operation, the brush fire can increase to an unacceptable extent and, after the rotor has blocked - for example due to the commutator's lamellae being loosened - and the operating voltage still present, there may even be arcs that lead to a overheating of the machine. The reason for the increasing brush fire and the arcing that occurs is a decrease in the pressing force of the brushes on the commutator, for which a decreasing pressing force is responsible for an operational weakening of the spring.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Bürstenanordnung für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass die betriebsbedingten schlechten Bedingungen für die Feder bei einem Mißbrauch des Starters vermieden werden. In dem zwischen dem zur Feder gerichteten Ende der zumindest einen Bürste und einem zu der zumindest einen Bürste gerichteten Ende der Feder ein Isolationselement angeordnet ist, wird der Wärmeübergang zur Feder zumindest behindert, wodurch die von der Bürste übertragene Wärme verstärkt an die Litze weitergeleitet wird. Während ohne Isolationselement eine stark erwärmte Bürste die Wärme nahezu ungehindert auf die Feder übertragen kann und es dadurch zu unzulässig hohen Federtemperaturen kommt, die ein Setzen der Feder zur Folge haben, wird durch das Isolationselement der Wärmeübergang zwischen der Bürste und der Feder gehemmt . Die Feder wird innerhalb eines niedrigeren Temperaturniveaus gehalten, so dass sich dadurch keine wesentlichen Federmaterialänderungen ergeben, die zu einem Nachlassen der Federkraft führen könnten. Die Anpreßkraft bzw. der Anpreßdruck der Bürsten auf den Kommutator bleibt erhalten, die Neigung zum Bürstenfeuer und zu Lichtbögen nimmt rapide ab. Das Temperaturniveau im Bereich des Kommutators bzw. der Bürstenanordnung wird gesenkt, eine Brandgefahr minimiert.The brush arrangement according to the invention for an electrical machine with the features of the main claim has the advantage that the poor operating conditions for the spring are avoided in the event of misuse of the starter. The heat transfer to the spring is at least impeded in the insulation element arranged between the end of the at least one brush directed towards the spring and an end of the spring directed towards the at least one brush, as a result of which the heat transferred from the brush is increasingly passed on to the braid. While a highly heated brush can transfer the heat to the spring almost unhindered without an insulation element and this leads to inadmissibly high spring temperatures, which result in the spring being set, the heat transfer between the brush and inhibited by the spring. The spring is kept within a lower temperature level so that there are no significant changes in the spring material that could lead to a decrease in the spring force. The contact pressure or contact pressure of the brushes on the commutator is maintained, the tendency towards brush fire and arcing decreases rapidly. The temperature level in the area of the commutator or the brush arrangement is reduced and a fire risk is minimized.
Durch die in den weiteren Ansprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Bürstenanordnung möglich.Advantageous developments and refinements of the brush arrangement according to the invention are possible through the measures specified in the further claims.
Ist das Isolationselement mit dem zur Bürste gerichteten Ende an der Feder befestigt, ist eine Handhabung der Isolationselemente bei der Montage der Bürste in die Bürstenfassung vereinfacht, da die Isolationselemente dadurch nicht verlierbar sind.If the insulation element is fastened to the spring with the end facing the brush, handling of the insulation elements is simplified when the brush is installed in the brush holder, since the insulation elements cannot be lost as a result.
Weist das Isolationselement einen die Feder und die Bürste voneinander trennenden Plattenbereich auf, der von weiteren Funktionsbereichen getrennt ist, so ist nur durch die Dimensionierung des Plattenbereichs hinsichtlich der zulässigen zu übertragenden Wärmemenge pro Zeiteinheit verhältnismäßig genau dimensionierbar.If the insulation element has a plate area which separates the spring and the brush and is separated from other functional areas, then only by dimensioning the plate area can the dimensions of the permissible amount of heat to be transferred per unit of time be measured with relative accuracy.
Weist das Isolationselement auf der der Feder zugewandten Seite des Plattenbereichs einen Klemmbereich auf, so kann mittels dieses Klemmbereichs die Befestigung desIf the insulation element has a clamping area on the side of the plate area facing the spring, the clamping area can be fastened by means of this clamping area
Isolationselements an der Feder genau bestimmt werden.Isolation element on the spring can be determined precisely.
Ordnet man dem Klemmbereich in axialer Richtung der Feder einen Führungsbereich nach, so ist die Montage des Isolationselements an der Feder vereinfacht, da dadurch ein Einführen der Feder in den Führungsbereich bzw. des Führungsbereichs in die Feder erleichtert ist.If one assigns a guide area to the clamping area in the axial direction of the spring, the assembly of the insulation element on the spring is simplified since Introducing the spring into the guide area or the guide area into the spring is facilitated.
Umfaßt der Führungsbereich die Feder auf ihrer im Wesentlichen zylindrischen Außenseite, so ist über die Isolationswirkung des Plattenbereichs hinaus eine Isolationswirkung des Führungsbereichs gegenüber der Feder möglich.If the guide area encompasses the spring on its essentially cylindrical outer side, an insulation effect of the guide area from the spring is possible in addition to the insulating effect of the plate area.
Bisher bereits verwendete Bürstenfassungen brauchen nicht durch neue ersetzt zu werden, wenn der Führungs- und der Klemmbereich nur derart abschnittsweise angeordnet sind, dass sie im Bereich oberhalb der Bürste innerhalb der Projektionsfläche der Bürste in deren Verschieberichtung angeordnet sind. Der Durchmesser im Bereich der Feder braucht dann nicht vergrößert zu werden; gleichzeitig bleibt die Führung der Feder durch die Bürstenfassung erhalten.Brush holders already used do not need to be replaced by new ones if the guide and clamping areas are only arranged in sections such that they are arranged in the area above the brush within the projection surface of the brush in its direction of displacement. The diameter in the area of the spring then need not be increased; at the same time, the guidance of the spring through the brush holder is retained.
Stattet man bei dem zumindest einen Bürstenpaar lediglich die zumindest eine Plusbürste mittels des Isolationselements aus, so werden nur die Plusbürsten bzw. zumindest eine Plusbürste thermisch isoliert. Dies hat den Vorteil, dass dadurch ein erhöhtes Bürstenfeuer bzw. eventuelle Lichtbögen auf die Minusbürsten gelenkt werden, da sich allenfalls dort die Federn setzen. Die an der zumindest einen Minusbürste ansteigende Temperatur aufgrund der bereits genannten Gegebenheiten läßt schlagartig die Temperatur ansteigen und die Litzen zu den Minusbürsten durchschmelzen, so dass es zu einem definierten Starterausfall ohne Brandgefahr kommt . Die Brandgefahr ist bei einem Durchschmelzen derIf only the at least one plus brush is equipped with the at least one pair of brushes by means of the insulation element, then only the plus brushes or at least one plus brush are thermally insulated. This has the advantage that an increased brush fire or possible arcs are directed onto the minus brushes, since at most the springs settle there. The temperature rising at the at least one minus brush due to the conditions already mentioned causes the temperature to rise suddenly and the strands to the minus brushes melt, so that there is a defined starter failure without the risk of fire. The risk of fire is if the fuse melts
Minusbürstenlitzen deshalb verringert, da im Bereich der zumindest einen Minusbürste keine brennbare Gehäusedichtung vorhanden ist. Isoliert man alle Bürsten mittels des Isolationselements so wird ein Zunehmen des Bürstenfeuers bzw. eventuelle Lichtbögen weitestgehend verhindert. Allenfalls erhitzen sich die Bürstenlitzen entweder auf der Minus- oder auf der Plusseite so sehr, dass sie ihre Durchschmelztemperatur erreichen und schließlich der Startermotor kontrolliert ausfällt.Minus brush strands are reduced because there is no flammable housing seal in the area of the at least one minus brush. If all the brushes are isolated using the insulation element, an increase in the brush fire or possible arcing is largely prevented. At most, the brush wires either on the minus or on the plus side heat up so much that they reach their melting temperature and the starter motor fails in a controlled manner.
Als geeignetes Material für das Isolationselement hat sich ein duroplastischer Werkstoff bzw. ein Verbundwerkstoff auf Basis eines Duroplastes ergeben. Duroplaste sind gegenüber anderen Kunststoffen auf Polymerbasis besonders temperaturunempfindlich, eine Zerstörung eines duroplastischen Isolationselements im Anwendungsfall und damit ein Unterbrechen der Isolationswirkung zwischen Bürste und Feder besonders wenig wahrscheinlich.A thermosetting material or a composite material based on a thermosetting plastic has emerged as a suitable material for the insulation element. Thermosets are particularly insensitive to temperature compared to other polymer-based plastics, and destruction of a thermosetting insulation element in the application and thus an interruption of the insulation effect between the brush and spring are particularly unlikely.
Zeichnungendrawings
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von verschiedenenThe invention is described below with reference to various
Zeichnungen erläutert :Drawings explained:
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine elektrische Maschine mit Draufsicht- auf eine Bürstenplatte,1 shows a cross section through an electrical machine with a plan view of a brush plate,
Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Bürstenplatte entlang der Linie I-I in Fig. 1,Fig. 2 shows a sectional view of the brush plate along the line I-I in Fig. 1,
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines Isolationselements in einer ersten Ausführung,3 shows a side view of an insulation element in a first embodiment,
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht des Isolationselements aus Fig. 3, Fig. 5 zeigt einen Querschnitt eines Isolationselements an Hand eines zweiten Ausführungsbeispiels entlang der Linie V-V in Fig. 6,4 shows a top view of the insulation element from FIG. 3, 5 shows a cross section of an insulation element on the basis of a second exemplary embodiment along the line VV in FIG. 6,
Fig. 6 zeigt eine teilweise Draufsicht auf das Isolationselement aus Fig. 5,6 shows a partial top view of the insulation element from FIG. 5,
Fig. 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Isolationselements ,7 shows a third exemplary embodiment of an insulation element,
Fig. 8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel des Isolationselements ,8 shows a fourth embodiment of the insulation element,
Fig. 9 zeigt eine schematische Bürstenanordnung mit wärmeisolierten Plusbürsten,9 shows a schematic brush arrangement with heat-insulated plus brushes,
Fig. 10 zeigt eine schematische Bürstenanordnung, bei der alle Bürsten wärmeisoliert sind.10 shows a schematic brush arrangement in which all brushes are thermally insulated.
Beschreibung der AύsführungsbeispieleDescription of the execution examples
In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine elektrische Maschine 10 dargestellt. Da nähere Details der elektrischen Maschine 10 zum Verständnis der Erfindung nicht erforderlich sind, wird hier lediglich eine Draufsicht auf den1 shows a cross section through an electrical machine 10. Since further details of the electrical machine 10 are not required to understand the invention, only a plan view of the
Bürstenhalter 13 mit der erfindungsgemäßen Bürstenanordnung 16 gezeigt . Der Bürstenhalter 13 ist in einem Polrohr 19 der elektrischen Maschine 10 angeordnet. Der Bürstenhalter 13 trägt vier Bürsten 22, die in Bürstenfassungen 25 verschiebbar aufgenommen sind. Die zwei in Fig. 1 oben angeordneten Bürsten 22 sind sogenannte Plusbürsten 28, die jeweils über eine Litze 31 mit einer Stromschiene 33 verbunden sind. Diese Stromschiene 33 ist üblicherweise mit einem Kontakt eines nicht dargestellten Starterrelais verbunden. Über den Kontakt des Starterrelais ist die Stromschiene 33 und damit die Plusbürsten 28 mit einem Pluspol einer Starterbatterie verbindbar. Die Stromschiene 33 ist durch eine Öffnung 35 im Polrohr 19 nach außen geführt. Damit durch diese Öffnung 35 beispielsweise keine Feuchtigkeit eindringen kann, ist diese Öffnung 35 mittels einer Dichtung 38 verschlossen und durch eine nicht näher bezeichnete Öffnung in der Dichtung 38 die Stromschiene 33 nach außen hin durchgeführt .Brush holder 13 shown with the brush assembly 16 of the invention. The brush holder 13 is arranged in a pole tube 19 of the electrical machine 10. The brush holder 13 carries four brushes 22 which are slidably received in brush holders 25. The two brushes 22 arranged at the top in FIG. 1 are so-called plus brushes 28, each of which is connected to a busbar 33 via a strand 31. This busbar 33 is usually connected to a contact of a starter relay, not shown. About the contact of the starter relay Busbar 33 and thus the positive brushes 28 can be connected to a positive pole of a starter battery. The busbar 33 is guided through an opening 35 in the pole tube 19 to the outside. So that, for example, no moisture can penetrate through this opening 35, this opening 35 is closed by means of a seal 38 and the busbar 33 is guided through to the outside through an opening in the seal 38 which is not designated in any more detail.
Die zwei unteren Bürsten 22 in Fig. 1 sind sogenannteThe two lower brushes 22 in FIG. 1 are so-called
Minusbürsten 40, die ebenfalls jeweils über eine Litze 31 mit einem Blechteil 42 des Bürstenhalters 13 kontaktiert sind. Das Blechteil 42 ist mittelbar über nicht dargestellte Elemente mit einem Minuspol der Starterbatterie verbunden.Minus brushes 40, which are also contacted via a strand 31 with a sheet metal part 42 of the brush holder 13. The sheet metal part 42 is connected indirectly to a negative pole of the starter battery via elements, not shown.
Die beiden Plusbürsten 28 und die beiden Minusbürsten 40 haben jeweils einen Winkelabstand von 120°.The two plus brushes 28 and the two minus brushes 40 each have an angular distance of 120 °.
Eine Plusbürste 28 und eine gegenüberliegende Minusbürste 40 bilden ein Bürstenpaar 44. Ein Bürstenpaar 44 ist die Mindestanzahl zur Bestromung einer derartigen Kommutatorgleichstrommaschine .A plus brush 28 and an opposite minus brush 40 form a pair of brushes 44. A pair of brushes 44 is the minimum number for energizing such a commutator direct current machine.
Eine jede Bürste 22 ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in ihrer Bürstenfassung 25 in Richtung zum Mittelpunkt M verschiebbar. In den Mittelpunkt M fällt in dieser Darstellung die Drehachse eines nicht dargestellten Läufers der elektrischen Maschine 10. Die Bürsten 22 sind je nach. Grad ihrer Abnutzung entweder zunächst nur in Richtung des Mittelpunkts M oder nach einer gewissen Gebrauchsdauer auch in die entsprechende radiale Gegenrichtung verschiebbar, was durch entsprechende Doppelpfeile am Umfang des Polrohrs angedeutet ist. In jeder Bürstenfassung 25 ist neben einer Bürste 22 eine Feder 46 angeordnet, die eine Druckkraft auf die Bürste 22 und damit einen sicheren Kontakt der Bürste 22 mit dem Kommutator gewährleistet. Die Feder 46 wirkt dabei in Verschieberichtung der Bürste 22. Zwischen einem zur 'Feder 46 gerichteten Ende 48 der Bürste 22 und einem zur Bürste 22 gerichteten Ende 50 der Feder 46 ist ein Isolationselement 52 angeordnet, dass einen Wärmeübergang zur Feder 46 behindert .In the exemplary embodiment according to FIG. 1, each brush 22 can be displaced in its brush holder 25 in the direction of the center M. In this illustration, the center of rotation M is the axis of rotation of a rotor (not shown) of the electrical machine 10. The brushes 22 are depending on. The degree of their wear can be shifted either initially only in the direction of the center point M or after a certain period of use in the corresponding radial opposite direction, which is indicated by corresponding double arrows on the circumference of the pole tube. In each brush holder 25 a spring 46 is arranged next to a brush 22, which ensures a compressive force on the brush 22 and thus a safe contact of the brush 22 with the commutator. The spring 46 acts in the displacement direction of the brush 22. Between one directed towards the 'spring 46 end 48 of the brush 22 and directed towards the brush 22 end 50 of the spring 46 an insulating member 52 is arranged such that a heat transfer to the spring 46 impeded.
In Fig. 3 ist eine Seitenansicht des Isolationselements 52 dargestellt. Das Isolationselement 52 besteht zunächst aus einem Plattenbereich 54, der zwischen der Feder 46 und der Bürste 22 angeordnet ist. Dieser Plattenbereich 54 verhindert unmittelbar den direkten Wärmeübergang zwischen der Bürste 22 und der Feder 46. Der Außendurchmesser D des Plattenbereichs 54 entspricht dabei dem Außendurchmesser der zu isolierenden Feder 46. Die Feder 46 stützt sich auf der der Bürste 22 abgewandten Seite des Plattenbereichs 54 ab.3 shows a side view of the insulation element 52. The insulation element 52 initially consists of a plate region 54 which is arranged between the spring 46 and the brush 22. This plate area 54 directly prevents the direct heat transfer between the brush 22 and the spring 46. The outer diameter D of the plate area 54 corresponds to the outer diameter of the spring 46 to be insulated. The spring 46 is supported on the side of the plate area 54 facing away from the brush 22.
Auf der Rückseite des Plattenbereichs 54, d. h. auf der der Bürste 22 abgewandten Seite, erstreckt sich ein Klemmbereich 56. Mittels dieses Klemmbereichs 56 ist die Feder 46 mit dem Isolationselement 52 kraftschlüssig bzw. verbunden und damit befestigt. Dieser Klemmbereich 56 hat eine Höhe von etwa 1 mm und reicht damit zur klemmenden Befestigung der Feder 46 am Isolationselement 52 aus. Die Höhe ist auf die jeweilige verwendete Feder 46 abzustimmen.On the back of plate area 54, i. H. On the side facing away from the brush 22, a clamping area 56 extends. By means of this clamping area 56, the spring 46 is non-positively connected or connected to the insulation element 52 and is thus fastened. This clamping area 56 has a height of approximately 1 mm and is therefore sufficient for the clamping attachment of the spring 46 to the insulation element 52. The height is to be matched to the respective spring 46 used.
Dem Klemmbereich 56 ist in axialer Richtung einThe clamping area 56 is in the axial direction
Führungsbereich 58 nachgeordnet. Dieser Führungsbereich 58 dient dazu, das Einführen des Isolationselements 52 in das Ende 50 der Feder 46 zu erleichtern. Aus diesem Grund ist der Führungsbereich 58 an seinem vom Plattenbereich 54 abgewandten Ende konisch ausgebildet. In Fig. 4 ist die Draufsicht auf das Isolationselement 52 aus Fig. 3 dargestellt. In der Draufsicht ist erkennbar, dass der Führungsbereich 58 und der Klemmbereich 56 zunächst eine im Wesentlichen regelmäßig sechseckige prismatischeSubordinate management area 58. This guide area 58 serves to facilitate the insertion of the insulation element 52 into the end 50 of the spring 46. For this reason, the guide area 58 is conical at its end facing away from the plate area 54. FIG. 4 shows the top view of the insulation element 52 from FIG. 3. In the top view it can be seen that the guide region 58 and the clamping region 56 initially have an essentially regularly hexagonal prismatic one
Form aufweist. Der Klemmbereich 56 weicht jedoch in seiner Außenkontur vom Führungsbereich 58 ab.Has shape. However, the outer contour of the clamping area 56 differs from the guide area 58.
An Ecken 62 der prismatischen Form sind Ansätze 64 angeordnet, die von einer zylindrischen Grundform ausgehen. Diese Ansätze 64 haben im Wesentlichen einen sichelförmigen Querschnitt ..Mit Hilfe dieser Ansätze 64, die sich etwas über die prismatische Form hinaus erstrecken, wird die Feder 46 an ihrem Innenumfang geklemmt, so dass eine kraftschlüssige Befestigung des Isolationselements 52 an der Feder 46 ermöglicht ist.At corners 62 of the prismatic shape lugs 64 are arranged, which start from a cylindrical basic shape. These lugs 64 essentially have a crescent-shaped cross section. With the aid of these lugs 64, which extend somewhat beyond the prismatic shape, the spring 46 is clamped on its inner circumference, so that a non-positive fastening of the insulation element 52 to the spring 46 is made possible ,
Während nach Fig. 3 und Fig. 4 die Feder 46 an ihrem Innenumfang durch den Klemmbereich 56 festgehalten ist, besteht nach Fig. 5 die Möglichkeit, in entsprechender Weise die Feder 46 an ihrem Außenumfang zu klemmen. Dazu weist das Isolationselement 52 nach Fig. 5 ebenfalls einen Plattenbereich 54 auf, an den sich ein Klemmbereich 56 sowie ein Führungsbereich 58 anschließen. Während beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 bzw. Fig. 4 der Klemmbereich 56 mittels Ansätzen 64, die Feder 46 an ihrem Innenumfang klemmt, klemmen die Ansätze 64 in Fig. 5 die Feder 64 an ihrem Außenumfang in analoger Weise, siehe auch Fig. 6.3 and FIG. 4, the spring 46 is held on its inner circumference by the clamping area 56, according to FIG. 5 there is the possibility of clamping the spring 46 on its outer circumference in a corresponding manner. For this purpose, the insulation element 52 according to FIG. 5 likewise has a plate region 54, to which a clamping region 56 and a guide region 58 are connected. While in the exemplary embodiment according to FIGS. 3 and 4, the clamping area 56 clamps the spring 46 on its inner circumference by means of lugs 64, the lugs 64 in FIG. 5 clamp the spring 64 on their outer circumference in an analogous manner, see also FIG. 6 ,
Ist der zur Verfügung stehende Raum für dasIs the space available for that
Isolationselement 52 insbesondere in der Höhe, d. h. in axialer Richtung der Feder 46 eingeschränkt, kann auf den vom Klemmbereich 56 getrennten Führungsbereich 58 auch verzichtet werden, da sich Federn 46 mit rundem Drahtquerschnitt auch ohne Führungsbereich 58 in das Isolationselement 52 einfügen lassen. Alternativ können auch der Klemmbereich 56 bzw. die Ansätze 64 in Richtung zur Feder angeschrägt sein, um ein Einfügen der Feder 46 bzw. des Isolationselements 52 zu erleichtern.Insulation element 52, in particular in terms of height, that is to say restricted in the axial direction of spring 46, can also be dispensed with guide area 58 which is separate from clamping area 56, since springs 46 with a round wire cross-section can also be inserted into guide area 58 without them Have insulation element 52 inserted. Alternatively, the clamping area 56 or the lugs 64 can also be chamfered in the direction of the spring in order to facilitate insertion of the spring 46 or the insulation element 52.
Das dritte Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 zeigt ein Isolationselement 52 mit einem nach radial Außen verlängerten Plattenbereich 54, der sich in Richtung einer rechteckförmigen Aussparung 66 der Bürstenfassung 25 erstreckt. Die Aussparung 66 entspricht in etwa demThe third exemplary embodiment according to FIG. 7 shows an insulation element 52 with a plate region 54 which is extended radially outwards and extends in the direction of a rectangular recess 66 in the brush holder 25. The recess 66 corresponds approximately to that
Querschnitt einer Bürste 22. Die Isolationswirkung ist durch die vergrößerte Fläche des Plattenbereichs 54 verbessert. Weiterhin zeigt das Isolationselement 52 einen um die Feder 46 nur abschnittsweise ausgeführten Führungs- 58 und Klemmbereich 56.Cross-section of a brush 22. The insulation effect is improved by the enlarged area of the plate area 54. Furthermore, the insulation element 52 shows a guide region 58 and clamping region 56 which is only partially executed around the spring 46.
In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel ausgehend vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 bzw. Fig. 6 dargestellt. Gegenüber den bisher besprochenen bzw. beschriebenen Ausführungsbeispielen wird hier die Isolationswirkung weiter verbessert. Diese Verbesserung wird dadurch erreicht, dass der Plattenbereich eine Größe aufweist, die dem Querschnitt einer Bürste 22 in etwa entspricht. Durch diese größtmögliche Überdeckung der Bürste 22 durch den Plattenbereich 54 ist lediglich eine Wärmeableitung von der Bürste 22 über die Bürstenfassung 25 bzw. dem Plattenbereich 54 möglich. Gegenüber den bisherigen Ausführungsbeispielen ist somit ein Wärmeübergang von der Bürste 22 über die Luft zwischen der Bürste 22 und der Feder 46 nicht mehr möglich. Der Wärmeübergang von der Bürste 22 auf die Feder 46 wird durch den Plattenbereich 54 noch stärker eingeschränkt, die schädlichen Einwirkungen der Wärme auf die Feder 46 weiter verringert . In Fig. 9 und Fig. 10 ist die Bürstenanordnung 16 schematisch dargestellt. In Fig. 9 sind lediglich die Plusbürsten 28 mittels des Isolationselements 52 isoliert. In Fig. 10 sind dagegen alle Bürsten 22, d. h. sowohl die Plusbürsten 28 als auch die Minusbürsten 40 isoliert.FIG. 8 shows a further exemplary embodiment based on the exemplary embodiment according to FIG. 5 or FIG. 6. Compared to the previously discussed or described exemplary embodiments, the insulation effect is further improved here. This improvement is achieved in that the plate area has a size that approximately corresponds to the cross section of a brush 22. This greatest possible coverage of the brush 22 by the plate area 54 only allows heat to be dissipated from the brush 22 via the brush holder 25 or the plate area 54. Compared to the previous exemplary embodiments, heat transfer from the brush 22 via the air between the brush 22 and the spring 46 is no longer possible. The heat transfer from the brush 22 to the spring 46 is restricted even more by the plate region 54, and the harmful effects of the heat on the spring 46 are further reduced. The brush arrangement 16 is shown schematically in FIGS. 9 and 10. In FIG. 9, only the plus brushes 28 are isolated by means of the insulation element 52. 10, on the other hand, all the brushes 22, ie both the plus brushes 28 and the minus brushes 40, are insulated.
Für diesen besonderen Anwendungsfall eines Starters hat sich für das Isolationselement 52 eine Ausführung aus einem Duroplast als besonders vorteilhaft erwiesen. Ein geeigneter Duroplast ist eine Phenolformmasse mit einem kurzenFor this special application of a starter, a design made of a duroplastic has proven to be particularly advantageous for the insulation element 52. A suitable thermoset is a phenolic molding compound with a short
Glasfaserfüllstoff. Insbesondere ist hierbei ein Stoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,7 W/mK geeignet. Die Wärmeleitfähigkeit dieses Stoffes liegt damit in einem Bereich von 1 W/mK und geringer, wodurch eine übermäßige Erwärmung der Feder 46 vermieden wird. Glass fiber filler. In particular, a substance with a thermal conductivity of approx. 0.7 W / mK is suitable. The thermal conductivity of this substance is therefore in a range of 1 W / mK and less, which prevents excessive heating of the spring 46.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Bürstenanordnung für eine elektrische Maschine (10) mit zumindest einem Bürstenpaar (44) , wobei zumindest eine Bürste (22) verschiebbar aufgenommen ist und zumindest auf die eine verschiebbare Bürste (22) eine Feder (46) in eine Verschieberichtung wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem zur Feder (46) gerichteten Ende (48) der zumindest einen Bürste (22) und einem zu der zumindest einen Bürste (22) gerichteten Ende (50) der Feder (46) ein Isolationselement (52) angeordnet ist, das einen Wärmeübergang zur Feder (46) behindert.1. Brush arrangement for an electrical machine (10) with at least one pair of brushes (44), at least one brush (22) being slidably received and at least one slidable brush (22) acting on a spring (46) in a direction of displacement, characterized that an insulation element (52) is arranged between an end (48) of the at least one brush (22) facing the spring (46) and an end (50) of the spring (46) facing the at least one brush (22), the prevents heat transfer to the spring (46).
2. Bürstenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (52) mit dem zur Bürste (22) gerichteten Ende (50) der Feder (46) verbunden ist.2. Brush arrangement according to claim 1, characterized in that the insulation element (52) with the brush (22) directed end (50) of the spring (46) is connected.
3. Bürstenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (52) einen Plattenbereich (54) hat, der zwischen der Feder (46) und der Bürste (22) angeordnet ist.3. Brush arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the insulation element (52) has a plate region (54) which is arranged between the spring (46) and the brush (22).
4. Bürstenanordnung nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Feder (46) zugewandten Seite des Plattenbereichs (54) ein Klemmbereich (56) angeordnet ist, über den das Isolationselement (52) mit der Feder (46) befestigt ist.4. Brush arrangement according to claim 3, characterized in that on the spring (46) facing side of the plate region (54) has a clamping region (56) is arranged, via which the insulation element (52) with the spring (46) is attached.
5. Bürstenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Klemmbereich (56) in axialer5. Brush arrangement according to claim 4, characterized in that the clamping area (56) in the axial
Richtung der Feder (46) ein Führungsbereich (58) nachgeordnet ist.A guide area (58) is arranged downstream of the spring (46).
6. Bürstenanordnung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmbereich (56) die Feder6. Brush arrangement according to claim 4, characterized in that the clamping region (56) the spring
(46) an ihrem Umfang aufnimmt und fasst.(46) records and summarizes its scope.
7. Bürstenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmbereich (56) die Feder (46) abschnittsweise an ihrem Umfang aufnimmt und fasst .7. Brush arrangement according to claim 6, characterized in that the clamping region (56) partially receives and grips the spring (46) on its circumference.
8. Bürstenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Bürsten eine Plusbürste (28) ist, und dass nur die zumindest eine8. Brush arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that one of the brushes is a plus brush (28), and that only the at least one
Plusbürste (28) mittels des Isolationselements (52) thermis.ch isoliert ist.Plus brush (28) is insulated by means of the insulation element (52) thermis.ch.
9. Bürstenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, dass alle Bürsten mittels eines9. Brush arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that all brushes by means of a
Isolationselements (52) thermisch isoliert sind.Isolation element (52) are thermally insulated.
10. Bürstenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Isolationselements (52) ein Duroplast ist. 10. Brush arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the material of the insulation element (52) is a thermoset.
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