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Die vorliegende Erfindung betrifft
Gleichstromelektromotoren, deren Kommutation durch einen Kollektor und elastisch
gegen den Kollektor gedrückte Bürsten gewährleistet ist, und
insbesondere einen Bürstenträger, der zur Montage auf einer
dem Stator eines solchen Elektromotors zugeordneten Platine
vorgesehen ist.
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Auf zahlreichen Gebieten der Industrie werden
Gleichstrommotoren verwendet, deren Kommutation durch einen Kollektor und
elastisch gegen den Kollektor gedrückte Bürsten
gewährleistet ist. Dies ist beispielsweise in der Automobilindustrie
der Fall, wo diese Motoren oftmals zum Antreiben von
Scheibenwischern, Betätigen von Fensterhebern oder Treiben von
Luftgebläsen dienen.
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Diese Motoren, deren Kosten so gering wie möglich sein
sollen, müssen Anforderungen erfüllen, die sehr oft
widersprüchlich sind.
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Damit diese Motoren korrekt funktionieren, müssen die
Bürsten oder Kohlen sorgfältig und regulär gegen den Kollektor
drücken, an dem sie reiben, um den elektrischen Fluß zu
gewährleisten. Die Bürsten sind dabei gleichzeitig einer
radialen Zentripetalkraft, die sie gegen den Kollektor
drückt, und tangentialen Reibkräften ausgesetzt, die auf der
Höhe des Bereichs ihres Kontakts mit dem Kollektor
auftreten, so daß diese Bürsten einer Resultierenden ausgesetzt
sind, deren Drehmoment sie aus der theoretischen
Radialposition zu verschieben sucht. Um dieser Tendenz des Kippens
entgegenzuwirken, muß eine genaue Führung der Bürste über
eine verhältnismäßig große Strecke und mit minimalem Spiel
gewährleistet sein. Im Verlauf des Betriebs eines solchen
Motors verringert sich die hänge der Bürste und das gleiche
gilt für die Führungsstrecke, woraus sich eine Vergrößerung
der Gefahr des Verklemmens ergibt, die sich durch die
seitliche Abnutzung der Bürste in ihrem Bürstenträger einstellt,
wobei diese Abnutzung durch die Vibrationen und Stöße
entstehen, die insbesondere bei Start- und Haltevorgängen
auftreten.
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Diese Schwierigkeiten, die mit Fehlern der Führung der
Bürste in ihrem Bürstenträger verbunden sind, zeigen sich
insbesondere durch Überhitzung aufgrund der durch die
schlechten elektrischen Kontakte entstehenden Jouleschen Wärme,
wobei sich die Erwärmung zu derjenigen addiert, die sich aus
dem Normalbetrieb des Motors ergibt und beispielsweise aus
der Erwärmung der Spulen und der Lager resultiert. Es ist
daher erforderlich, die derart erzeugten Wärmemengen
abzuführen, wenn verhindert werden soll, daß sich die aus
Isoliermaterialien, insbesondere aus Kunststoffen, bestehenden
Teile, die üblicherweise bestimmte Bestandteile des Motors
bilden, verformen, schmelzen oder gar entzünden. Es ist
daher erforderlich, die Wärmemengen, die in der Nähe der
Bürsten und der Bürstenträger entstehen, durch Ableitung und
Abstrahlung abgeleitet werden können. In Anbetracht der
Tatsache, daß Motoren üblicherweise aus einem Stator
bestehen, der sie praktisch vollständig umschließt, ist leicht
erkennbar, daß die Belüftung eines Bürstenträgers nicht
einfach zu bewerkstelligen ist.
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Es ist ferner häufig beabsichtigt, die Leistungsdichte
dieser Motoren so groß wie möglich zu machen, wodurch
erforderlich ist, sie mit einer Geometrie auszubilden, die ein
minimales Volumen einnimmt. Bei dieser Art von Motoren ist der
Kollektor üblicherweise am Wellenende angeordnet, so daß die
Gesamtlänge des Stators eine solchen Motors durch die
Platine, mit der die Bürstenträger verbunden sind, häufig
lediglich vergrößert wird.
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Ein Bürstenträger ist beispielsweise in dem Dokument FR 1
522 538 beschrieben. Die vorgeschlagene Lösung ist jedoch in
keiner Weise zufriedenstellend.
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Ein anderes Beispiel für eine Lösung ist Gegenstand des
Dokuments FR 2 631 176.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, die im vorhergehenden kurz
beschriebenen Nachteile durch einen Bürstenträger für eine
Platine eines Gleichstromelektromotors, dessen Kommutation
durch einen Kollektor und elastisch gegen den Kollektor
gedrückte Bürsten gewährleistet ist, im wesentlichen zu
beheben, wobei der Bürstenträger an der Platine montierbar
und zur Aufnahme einer Bürste ausgebildet ist, um die Gefahr
des Verklemmens der Bürste in dem Bürstenträger während des
Betriebs des Motors zu minimieren, eine gute Belüftung zu
ermöglichen und ferner den axialen Platzbedarf des Motors zu
verringern.
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Die Erfindung betrifft einen Bürstenträger für die Platine
eines Gleichstromelektromotors, dessen Kommutation durch
einen Kollektor und elastisch gegen den Kollektor gedrückte
Bürsten gewährleistet ist, und der von dem in dem
letztgenannten Dokument beschriebenen Art ist, wobei sämtliche zur
Definition der Erfindung erforderlichen Elemente dieses
Dokuments im Oberbegriff des Hauptanspruchs und die
kennzeichnenden Merkmale der Erfindung im kennzeichnenden Teil
desselben angegeben sind.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und den nachfolgenden Patentansprüchen sowie aus
der Betrachtung der beigefügten Zeichnungen, die lediglich
als Beispiel zu verstehen sind, und welche zeigen:
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- Fign. 1A und 1B sind Teilansichten zweier
Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Bürstenträgers für die
Platine eines Gleichstromelektromotors;
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- Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1A;
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- Fign. 3A und 3B sind Schnitte entlang der Linie 3-3 der
Fig. 1B gemäß zweier Varianten eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
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Gleichstromelektromotoren, deren Kommutation durch einen
Kollektor und elastisch gegen den Kollektor gedrückte
Bürsten gewährleistet ist, sind im Stand der Technik bekannt.
Aus diesem Grund wird im folgenden nur beschrieben, was die
Erfindung direkt oder indirekt betrifft. Ferner mag der
Fachmann auf diesem Gebiet zur Lösung der ihn betreffenden
besonderen Probleme Gebrauch von den ihm zur Verfügung
stehenden, herkömmlichen klassischen Lösungen machen.
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Im folgenden bezeichnet das gleiche Bezugszeichen bei allen
Ausführungsbeispielen und deren Varianten stets ein
gleichartiges Teil.
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Zu Zwecken der einfacheren Darlegung werden im folgenden
nacheinander sämtliche Bestandteile eines erfindungsgemäß
verbesserten Bürstenträgers dargestellt, bevor auf die
Montage und die Funktionsweise eingegangen wird.
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Üblicherweise weist ein herkömmlicher
Gleichstromelektromotor einen aus einem Mittelgehäuse und Endflanschen mit
Lagern bestehenden Stator auf. Er hat ferner einen Rotor mit
einer von den Lagern gestützten Welle, auf der ein Kollektor
angebracht ist. All dies ist bekannt und daher weder
dargestellt, noch im folgenden näher beschrieben.
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Ein solcher Motor weist üblicherweise eine Bürstenträger-
Platine 10 auf, die durch geeignete Befestigungsmittel an
dem Stator angebracht und oftmals in der Nähe eines der
Endflansche angeordnet ist. Eine solche Platine befindet
sich praktisch auf der Höhe oder in der unmittelbaren Nähe
des Kollektors.
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Die Platine 10 weist üblicherweise die Form einer Platte
100, die von einer Ausnehmung 101 für den Durchtritt der
Welle und/oder des Kollektors durchsetzt ist, sowie
wenigstens eine Öffnung 102 auf, die einen Bürstenträger 11
aufnimmt, der in dieser mittels einer Montageeinrichtung 103
montiert wird.
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Die Platine 10 ist ferner dazu vorgesehen, Bürsten 12, oder
Kohlen, aufzunehmen, die üblicherweise in Form von Stäben
120 mit kreisrunden oder polygonalen Querschnitt vorliegen
und frei in den sie aufnehmenden Bürstenträgern 11 bewegbar
sind. Ein Teil 13 zum elastischen Vorspannen wirkt auf jede
Bürste 12, um diese in dem Bürstenträger in radialer
Richtung und in zentripetaler Richtung derart gleitend zu
verschieben, daß die Bürsten eng gegen den Kollektor gedruckt
sind. Eine geeignete elektrische Verbindung verbindet die
jeweilige Bürste oder Kohle in bekannter Weise mit der
übrigen elektrischen Schaltung des Motors.
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Ein erfindungsgemäßer Bürstenträger 11 ist, wie dargestellt,
ein Hohlschacht 110 mit zwei vorstehenden Seitenflügeln
1100. Dieser Schacht hat, wie sich aus den Figuren 2, 3A und
3B ergibt, einen polygonalen Querschnitt, der vorzugsweise
viereckig oder sechseckig ist.
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Der Schacht 110 besteht aus zwei U-förmigen Halbschalen 111
und 112. Wie erkennbar, besteht jede der beiden Halbschalen
111 und 112 aus zwei einander gegenüberliegenden Schenkeln
1111 bzw. 1121, die durch einen Brückenteil 1112 bzw. 1122
miteinander verbunden sind. Jeder der Schenkel weist ferner
einen Flansch 1113 und 1123 auf, die im wesentlichen
parallel zum entsprechenden Brückenteil und zueinander
entgegengesetzt verlaufen.
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Wie in der Zeichnung zu erkennen, ist der Abstand zwischen
zwei einen der gegenüberliegenden Schenkeln einer der
Halbschalen, gemessen in der Nähe des entsprechenden
Brückenteils, größer als der gleiche Abstand bei der anderen
Halbschale.
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Wie sich ebenfalls aus der Betrachtung der Zeichnungen
ergibt, sind diese Halbschalen an ihren Flanschen derart
miteinander verbunden, daß sie den Schacht bilden, und daß
wenigstens zwei der Flansche die Flügel und zum Teil die
Montageeinrichtung 103 des Bürstenträgers auf der Platine
bilden, wie aus dem folgenden deutlich wird.
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Das zum Verbinden der beiden Halbschalen an ihren Flanschen
verwendete Verfahren ist bekannt. Es kann beispielsweise je
nach Art des verwendeten Materials Verschrauben, Nieten,
Falzen, Schweißen, Kleben usw. verwendet werden.
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Wie ersichtlich, ist der Querschnitt des Schachts viereckig,
wenn die einander gegenüberliegenden Schenkel wenigstens
einer der Halbschalen im wesentlichen parallel sind. Nach
einer anderen Ausführungsvariante ist der Querschnitt des
Schachts beispielsweise hexagonal, wenn die einander
gegenüberliegenden Schenkel wenigstens einer der Halbschalen in
bezug zueinander geneigt sind und zum Brückenteil hin
zusammenlaufen.
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Die Öffnung 102 ist durch zwei einander gegenüberliegende
Kanten 1020 begrenzt, in denen jeweils eine Nut 1030
ausgebildet ist. Diese Nut bildet einen Teil der
Montageeinrichtung 103. Der andere Teil der Montageeinrichtung 103 ist
durch den Randbereich 1114, 1124 eines Flansches 1113, 1123
gebildet, der als zum Einsetzen in die Nut 1030 bestimmte
Lasche dient.
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Es ist offensichtlich, daß anstelle der Verwendung einer
Montageeinrichtung 103, die wie zuvor angegeben in der
Breite der Platine angeordnet ist, ein Verfahren verwendet
werden kann, durch das der erfindungsgemäße Bürstenträger gegen
eine der Seiten 1000 der Platine gedrückt und gehalten wird;
dies kann durch Verschrauben, Nieten, Falzen, Schweißen,
Kleben, ... erfolgen.
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Wie bei einem Ausführungsbeispiel erkennbar, weist einer der
Schenkel 1111 eine Aussparung 113 auf, die im wesentlichen
parallel zum Brückenteil 1112 ausgerichtet ist und für den
Durchtritt eines Teils zum elastischen Vorspannen einer
Bürste vorgesehen ist, die beispielsweise als Haarnadelfeder
vorliegen kann.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel liegt das Teil zum
elastischen Vorspannen als Schraubenfeder vor, die in den
Schacht 110 derart eingeführt ist, daß eines ihrer Enden
sich gegenüber dem Kollektor an dem Schacht abstützt und das
andere Ende an der Bürste liegt.
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Gemäß einer Ausführungsvariante wird eine stabförmige Bürste
120 verwendet, die beispielsweise einen ungefähr
quadratischen Querschnitt aufweist und mit wenigstens einem axialen
Umfangsvorsprung 1201 mit Rändern 1202. In diesem Fall ist
wenigstens einer der Brückenteile 1112 derart ausgebildet,
daß er eine Aussparung 114 mit Rändern 1141 aufweist, die im
wesentlichen parallel zu einem entsprechenden Schenkel 1114
verläuft und dem Durchtritt des Vorsprungs dient. Auf diese
Weise wirken die Ränder 1141 der Aussparung mit den Rändern
1202 des Vorsprungs der Bürste zusammen, um diese zu führen.
Vorzugsweise ist die Größe der Ausnehmungen unterschiedlich,
so daß nur die Ränder einer der Ausnehmungen die
entsprechenden Ränder 1202 eines Vorsprungs wirksam führen und
ausrichten.
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Durch das Verwenden von Halbschalen mit unterschiedlichen
Abständen zwischen den Schenkeln und/oder verschiedenen
Aussparungsgrößen werden die Beschränkungen vermieden, die
durch das genaue Passen der Halbschalen bei deren Montage
und ihrer Befestigung entstehen.
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Die Größe der Ausnehmungen und ihre jeweilige Anordnung
ermöglichen es, die Bürstenträger im wesentlichen auf allen
Seiten frei zu lassen und ihnen somit eine große zugängliche
Fläche zu verleihen. Auf diese Weise können die
Bürstenträger leicht belüftet werden und die Wärmemengen insbesondere
durch Abstrahlung abgeführt werden.
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Durch die Verwendung einer Montageeinrichtung, von welcher
lediglich das Ende genutzt wird, verringert der Rand der
Flügel des Schachts der Bürstenträger die Wärmeübertragung
durch Leitung zwischen den Bürstenträgern und der Platine
auf das Mindestmaß.
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Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen wird ein
Bürstenträger verwendet, bei dem wenigstens eine der beiden
Halbschalen aus Metall besteht, beispielsweise aus
Messingblech oder dergleichen, das durch herkömmliche Verfahren des
Stanzens, Prägens, Biegens und Falzens bearbeitet ist.
Vorzugsweise besteht die Platine aus einem Kunstharz, das
beispielsweise durch Gießen erhalten wird.
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Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die Herstellung von
Bürstenträgern, deren gesamter Platzbedarf in axialer
Richtung auf die Breite der Bürste selbst reduziert oder gleich
dieser Breite zuzüglich der Breite der Halbschalen und des
Spiels zwischen der Bürste und dem Bürstenträger ist. Wie
bekannt, ist der Querschnitt einer Bürste eigentlich im
wesentlichen von dem zu übertragenden Strom abhängig und
kann je nach der Leistung des Motors und dem Material der
Bürste verschieden sein.
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Aus dem Vorhergehenden wird die gesamte Bedeutung des
erfindungsgemäßen Bürstenträgers deutlich.