DE8815068U1

DE8815068U1 - Gleichstrommaschine

Info

Publication number: DE8815068U1
Application number: DE8815068U
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1988-12-03
Filing date: 1988-12-03
Publication date: 1990-04-05
Anticipated expiration: 1998-12-04
Also published as: FR2643759B3; IT218858Z2; IT8922134U1; FR2643759A3; IT8922134V0; ES1012279U; ES1012279Y

Description

R. 22257 18.10.1988 Sa

ROBbRT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1 Gleichstrommaschine Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Gleichstrommaschine, insbesondere einen Kleinmotor der geschlossenen Bauart, der O 5 im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei bekannten Gleichstrommotoren dieser Art sind die die Kommutator- oder Kohlebürsten aufnehmenden Bürstenköcher isoliert an einem Bürstenhalter befestigt, der seinerseits an dem Lagerschild oder an einer anderen Stelle des Motorgehäuses gehalten ist« Bs hat sich gezeigt, daß bei der geschlossener Ausführung solcher Kleinmotoren, bei welcher das Motorinnere weitgehend abgekapselt ist oder bei Motoren ohne besondere InnenbelUftung, eine hohe thermische Belastung der Kommutatorbüirsten auftritt, da die Bürstenköcher ausschließlich von der heißen Innenluft des Motors gekühlt werden. Man hat dies bislang in Kauf genommen/ da eine zusätzliche Belüftung/ z. B. durch

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separate Lüfter, bei Kleinmotoren das angestrebte geringe Bauvolumen sprengen würde.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Gleichstrommaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch die Integration der Bürstenköcher in das aus gut wärmeleitendem Material bestehende Lagerschild uftd durch das \ 0 nahezu vollständige und enge Umschließen der

Kommutatorbürsten durch die Bürstenköcher die

Temperaturbelastung der Kommutatorbürsten drastisch sinkt, weil infolge der Großflächigkeit der Wärmeübertragungsflächen und infolge der kurzen Wärmeübertragungswege nach draußen die Wärme sehr schnell von den Kommutatorbürsten abgeleitet wird.

15 Die erforderliche elektrische Isolierung der Bürstenköcher ] gegenüber dem Lagerschild wird durch eine wärmeleitfähige,

. möglichst dünne Isolierschicht sichergestellt. Für diese

Schicht kommen verschiedene Materialien in Frage, so z.B. f Polyester, Polyimid, Polyamid, Gummi, Glimmer,

Aluminiumoxid, Verbundwerkstoffe, gefüllte Textilien oder Vliese, Glimmerpapier, Nomex, Silikon-Glasfasern, harzgefüllte Prepegs. Alle Materialien müssen sich dünn ausbilden lassen, um einen lückenlosen Kontakt ohne Hohlräume und Lufteinschlüsse sowohl zum Lagerschild als auch zu den Bürstenköchern zu nmwährleisten. Die Materialien können als Stanzzuschnitte oder in Folienform, ggf. einseitig selbstklebend, verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Gleichstrommaschine zeichnet sich durch eine einfache Konstruktion aus» Durch die Reduzierung der Wärmebelastung der Kommutatorbürsten wird deren Lebensdauer verlängert sowie die zulässige Leistungsdichte für

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Vorgegebene Ümgeburigsbedingungen erhöht _t führt also zur Wirkungsgradsteigerung.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Gleichstrommaschine möglich.

Anstelle der üulichen Sohraubendruckfsdsr sum Anpressen der Kommutatorbürsten an den Kommutator wird gemäß einer j>

weiteren Ausführungsform der Erfindung für jeden BUrstenköcher eine Schenkelfeder verwendet, deren Federwindungen außerhalb des BUrstenköchers liegen und deren Schenkel durch einen Längsschlitz in der freien, nicht eingebetteten Seite des Bürstenköchers hindurchgreifen. Ein Schenkel stützt sich an der Stirnseite der Kommutetorbürste und der andere Schenkel am Grunde des Bürstenköchers ab. Bei entsprechender Auslegung der Schenkelfeder läßt sich damit ein konstanter Bürstenandruck über den gesamten Verschiebeweg der Kommutatorbürste erreichen, da bei kleinerer Bürstenlänge und damit verringertem Drehmoment der Schenkelfeder sich die Achse der Federwindungen der Bürstenachse nähert und dadurch der Hebelarm der Schenkelfeder reduziert wird. Durch die Reduzierung des Hebelarms wird die Abnahme des Drehmoments wieder ausgeglichen. Das schlechte Dämpfungsverhalten der Schenkelfeder kann durch erhöhte Reibung zwischen Kommutatorbürste und Bürstenköcher kompensiert werden. Zur | elektrischen Kontaktierung wird die Bürstenlitze mit einer am Bürstenköcher wegstehenden Lasche verbunden.

Zur Realisierung der großflächigen Einbettung der Bürstenköcher in das Lagerschild ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung letzteres mit parallelen Stegen versehen, die axial oder radial auf der Innenseite des § Lagerschilds vorspringen. Diese Stege sind einstückig mit dem Lagerschild ausgebildet. Die Bürstenköcher sind damit

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über ihre gesamte Längserstreckung auf drei Seiten vom Lagerschild umschlossen. Das Lagerschild wird bevorzugt aus Aluminium im Fließ?reßverfahren oder aus einer Äluminium- oder Zinklegierung im Druckgußverfahren hergestellt. Bs besitzt eine gute Wärmeleitfähigkeit.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Bs zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Gleichstrom-Kleinmotors,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts II in Fig. 1,

Fig* 3 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 2 mit zwei verschiedenen Bürstenlängen,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2,

Fig. 5 eine Explosionsdarstellung von Fig. 4 ohne Kommutatorbürste und Bürstenandruckfeder.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Gleichstrom-Kleinmotor der geschlossenen Bauart als Beispiel einer Gleichstrommaschine weist in bekannter Weise einen Stator und einen Rotor il mit Ankerwicklung 12 auf. Der Stator 10 wird von einem hohlzylindrischen Gehäuseteil 13 gebildet, das mit Magnetpolen aus Permanentmagnetsegmenten 14 besetzt ist. Meist sind die Kleinmotoren zweipolig ausgebildet, so

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daß zwei Permanentmagnetsegmente 14 sich am Gehäuseteil diametral gegenüberliegen.

Der Rotor 11 weist eine in zwei Lager 15,16 drehbar gehaltene Rotorwelle 17 auf, auf welcher in bekannter Weise ein genutetes Blechpaket 18 und ein Kommutator 19 drehfest sitzt. Die beiden Lager 15,16 sind jeweils in einem Lagerschild 20,21 angeordnet. Die beiden Lagerschilder 20,21 decken das hohlzylindrische Gehäuseteil 13 an beiden Stirnseiten ab. Die Ankerwicklung 12 liegt in den Nuten des

Blechpakets 18 ein und ist in bekannter Weise mit den

Lamellen des Kommutators 19 verbunden. Die Stromzuführung zu der Ankerwicklung 12 erfolgt über eine Anzahl von Kommutatorbürsten, die stirnseitig auf dem Umfang des Kommutators 19 schleifen und elektrisch mit entsprechenden

AnschluBleitungen in Verbindung stehen. Die Anzahl der

Kommutatorbürsten entspricht der Anzahl der Magnetpole. Bei der zweipoligen Ausbildung des Kleinmotors sind zwei Kommutatorbürsten vorgesehen, von denen in Fig. 1 nur die eine Kommutatorbürste 22 zu sehen ist.

Wie vergrößert in Fig. 2 dargestellt ist, ist jede

Kommutatorbürste 22 in einem radial zum Kommutator 19 sich erstreckenden Bürstenköcher 23 axial verschieblich geführt, wobei der Bürstenköcher 23 die Kommutatorbürste 22 nahezu vollständig und mit sehr geringem Spiel umschließt. Der BUrstenköcher 23 besteht aus elektrisch leitfähigem Material und wird beispielsweise aus einem Blechzuschnitt durch Abwinkelung hergestellt, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Dabei liegen sich die Längskanten 24,25 mit Abstand gegenüber, so daß im endgültigen Bürstenköcher 23 ein ganzdurchgehender Längsschlitz 26 vorhanden ist. Wie in Fig. 5 zu sehen ist, wird die Abwinkelung des Blechstreifens zu dem Bürstenköcher 23 zunächst so getroffen, daß der lose Bürstenköcher 23 einen etwa trapezförmigen Querschnitt aufweist, wobei die den Längsschlitz 26 enthaltende Seite

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des BÜrstenkÖohers 23 die Grundlinie des Trapezes bildet/ Der Längsschlitz 26 ist dadurch zunächst größer als vorgegeben, wird aber durch elastisches Zusammendrücken der beiden einander gegenüberliegenden Schenkelseiten beim Einbau auf das gewünschte M*ß gebracht.

Der Bürstenköcher 23 steht mit einer nicht dargestellten Änschlu£leit'jng zur Stromversorgung in Ve^feindung und ist isoliert am Lagercchild 20 befestigt, und zwar derart, daß er großflächig in das Lagerschild 20 eingebettet bzw« von diesem umschlossen ist. Das Lagerschild 20 ist aus gut wärmeleitendem Material hergestellt, z.B. aus Aluminium im Fließpreßverfahren oder aus einer Zink- oder Aluminiumlegierung im Druckgußverfahren. Zur Halterung des BUrstenköchers 23 trägt es auf seiner zum Rotor 11 zugekehrten Innenseite zwei axial vorspringende parallele Stege 27,28. Der lichte Abstand der Stege 27,28 entspricht der in Umfangsrichtung des Kommutators 19 gesehenen äußeren Breitenabmessung des Bürstenköchers 23. Die Stege 27,28 sind einstückig mit dem Lagerschild 20 und werden bei dessen Herstellung gleich n>it angegossen= Der Bürstenköcher 23 wird nunmehr unter Zwischenlage einer wärmeleitenden dünnen

Isolierschicht mit seiner gesamten Länge zwischen die Stege ; 27,28 eingedrückt, wie dies in Fig. 5 zu sehen ist. Dabei

werden die beiden einander gegenüberliegenden Schenkelseiten &iacgr; zusammengedrückt und die beiden Längskanten 24,25 bewegen

&iacgr; 25 sich aufeinander zu, um schließlich den Längsschlitz 26 in \ seiner vorgegebenen Schlitzbreite zu begrenzen. Wie aus

f Fig. 5 zu erkennen ist, wird die Isolierschicht als

getrennte isolierfolie 29 eingelegt. Beispielsweise kann die

) Isolierfolie 29 aus Silikongummi bestehen. Wichtig ist, daß

30 die Isolierfolie 29 sehr dünn ist, damit sie einerseits an den Stegen 27,28 und an dem von diesen begrenzten Bereich

a des Lagerschildes 20 und andererseits an dem Bürstenköcher

23 hohlraumlos, d.h. ohne Einschluß von irgendwelchen

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Lufträumen, die wärmeisolierend sind, anliegt. Die Isolierschicht kann aber auch dadurch realisiert werden, daß der Bürstenköcher 23 aus einem einseitig isolierend beschichteten Blech hergestellt ist. Der Bürstenköcher 23 wird vollständig zwischen die Stege 27,28 eingeschoben, bis seine dem Längsschlitz 26 gegenüberliegende Seitenwand unter Anpressen der Isolierfolie 29 an den Bereich 30 an letzterem anliegt. Die in Achsrichtung des Rotors 11 gemessene Breite der Stege 27,28, die sog. Stegtiefe, ist größer als die entsprechende Tiefenabmessung des Bürstenköchers 23, so daß die Stegenden 27,28 nach vollständig eingeschobenem

Bürstenköcher 23 etwas über die freie, den Längsschlitz 26

f tragende Seite des Bürstenköchers 23 vorstehen. Durch |

geringe Umbördelung der Stegspitzen - wie dies in Fig. 4 | dargestellt ist - wird nunmehr der Bürstenköcher 23 I

formschlüssig zwischen den Stegen 27,28 gehalten, wobei er \ Über insgesamt drei seiner Flächen gut wärmeleitend mit dem '■ selbst aus wärmeleitendem Material bestehenden Lagerschild 20 verbunden ist. Beim Umbördeln der Stegspitzen wird in den BÜL-stenköcher 23 ein KalibrierstUck eingesetzt, so daß gewährleistet ist, daß die Innenmaße des BUrstenköchers 23 eingehalten werden.

Die in dem BUrstenköcher 23 eingesetzte, axial verschiebliche KommutatorbUrste 22 ist mit ihrer BUrstenlitze 31 an einer Lasche 32 des BUrstenköchers 23, z.B. durch Klemmverbindung, befestigt. Die Lasche 32 steht an der den Längsschlitz 26 aufweisenden freien Seite des BUrstenköchers 23 axial vor. Die BUrstenlitze 31 ist durch den Längsschlitz 26 geführt. Zum Andrücken der KommutatorbUrste 22 an den Kommutator 19 ist eine Schenkelfeder 33 vorgesehen, deren

Federwindungspaket 34 außerhalb des BUrstenköchers 23 liegt

und deren beide Fedeifschenkel 35/36 duiröh den Längsschlifcz §f 26 bis ins Inhelfe des Bürsfcertködheiis 23 hinein hinduröhtreten. Dei? Fedeiiöchenkel 35 stützt eich am Grund

3S des Büiiskenköchere 22 und der Fedeiisöhenkel 36 an det

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Stirnseite der Kommutatorbürste 22 ab. Die Federschenkel 35,36 sind hierzu endseitig hakenförmig abgebogen, so daß sich die freien Enden in Richturg der Federachse 37 erstrecken. Das Ende der Federschenkel 35 liegt dabei in einer eingeprägten Nut am Grunde des Bürstenköchers 23 und das Ende der Federachenkel 36 in einer Nut in der Kommutatorbürste 22 ein. Durch eine entsprechende Auslegung der Schenkelfeder 33 läßt sich ein konstanter BUrstenandruck über den gesamten Hub der Kommutatorbürste 22 erreichen. Wie f\ 10 in Fig. 3 augenfällig dargestellt ist, verringert bei kürzer werdender Kommutatorbürste 22 die Schenkelfeder 33 infolge einer größeren Aufspreizung ihr Drehmoment. Gleichzeitig nähert sich aber durch die größere Aufspreizung der Schenkelfeder 33 deren Federachse 37 der BUrstenachse. Dies entspricht einer Reduzierung des Hebelarms von der Länge 1 auf die Länge 1', was wiederum zu einer Krafterhöhung führt, die die Abnahme des Drehmoments ausgleicht* Die BUrstenandruckkraft bleibt also auch bei infolge Verschleiß kürzer werdender Kommutatorbürste 22 konstant.

Zur verstärkten Wärmeableitung ist das Lagerschild 20 außen,

d.h. auf der von den Stegen 27,28 abgekehrten Seite, mit V-^; Kühlrippen 38, die gleichmäßig über den Umfang des Lgerschilds 20 angeordnet sind, versehen. Ähnliche Kühlrippen können auch auf der Innenseite des Lagerschilds 20, also auf der die Stege 27,28 tragenden Seite, vorgesehen werden. Das Lagerschild 20 kann zusätzlich mit Aufnahmen 40 für Entstörspulen 39 versehen sein, wie eine solche in Fig. 1 versetzt dargestellt ist.

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Claims

Ansprüche

Gleichstrommaschine, insbesondere Kleinmotor der geschlossenen Bauart, mit einem Erregerpole tragenden Stator, einem eine Ankerwicklung tragenden Rotor, der in einem Lagerschild drehbar gehalten ist und einen an der Ankerwicklung angeschlossenen Kommutator trägt, und mit KommutatOi-bürsten, die jeweils in einem radial oder axial zum Kommutator sich erstreckenden Bürstenköcher axial verschieblich geführt sind und unter der Wirkung einer BUrstenandruckfeder stirnseitig auf dem Kommutator aufliegen, wobei die aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden BUrstenköcher elektrisch isoliert befestigt sind und jeweils mit einer elektrischen Anschlußieitung in Verbindung stehen,*dadurch gekennzeichnet, daß die Bürstenköcher (23) die jeweils einliegende Kommutatorbürste (22) nahezu vollständig und mit sehr geringem Spiel umschließen und über ihre ganfce Länge itt das aus gut wärmeleitendem Materia?, bestehende Laqerschild (20) untea: hohlraumloser Zwischenlage

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einer wärmeleitenden dünnen Isolierschicht (29) eingebettet sind«

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß das Lagerschild (20) zum Einbetten jeweils eines

S BUrstenköchers (23) zwei axial vorspringende parallele Stege {21;28} aufweist, zwischen denen der Bürstenköcher (23) mit Isolierschicht (29) unter Anpressung seiner dritten, mit Isolierschicht (19) belegten Seitenwand an dem von den Stegen (27,28) eingeschlossenen Lagerschildbereich (30) über seine gesamte Länge eingezwängt ist*

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Achsrichtung des Rotors (11) gesehene Yiefe der Stege (27,28) etwas größer ist als die in gleicher Richtung gemessene Breite des Bürstenköchers (23) und daß die freien Stegenden zur Befestigung und Anpressung des Bürstenköchers (23) nach dessen Einschieben zwischen die Stege (27,28) umgebördelt sind.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch

gekennzeichnet, daß der Bürstenköcher (23) in seiner vom Steggrund abgekehrten freien Seitenwand einen Längsschlitz (26) aufweist und daß die Biirstenandruckfeder als Schenkelfeder (33) ausgebildet ist, die mit ihren Federwindungen (34) außerhalb des Bürstenköchers (23) liegt und mit ihren beiden Schenkeln (35,36) durch den Längsschlitz (26) hindurchragt, die sich endseitig einerseits am Grunde des Bürstenköchers (23) und andererseits an der diesem zugekehrten Stirnseite der Kommutatorbürste (22) abstützen.

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5. Maschine nach einem der Ansprüche 1-4/ dadurch gekennzeichnet, daß der Bürstenköcher (23) eine der Befestigung der Bürstenlitze (31) dienende, vorzugsweise einstückige Lasche (32) trägt, die an der vom Steggrund abgekehrten freien Seitenwand des BÜrscenköchers (23) axial vorsteht.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerschild (20) im Fließpreßverfahren aus Aluminium mit einstückigen Stegen (27,28) hergestellt ist*

7. Haschine nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerschild (20) im Druckgußverfahren aus einer Zink- oder Aluminiumlegierung mit einstückigen Stegen (27,28) hergestellt ist.

8. Maschine nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bürstenköcher (23) aus Blech hergestellt ist und daß die Isolierschicht von einer Isolierfolie (29) gebildet ist, die zwischen dem

O 20 Bürstenköcher (23) und dem Lagerschild (20,27,28) eingelegt ist.

9. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierfolie (29) aus Silikongummi hergestellt ist.

10. Maschine nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch

gekennzeichnet, daß der Bürstenköcher (23) aus einem einseitig isolierend beschichteten Blech hergestellt ist.

11. Maschine nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Bürstenköeher (23) aus Blech so abgewinkelt vorgefertigt ist, daß sein Querschnitt

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Trapezform aufweist* wobei die den Längsschlitz (26) aufweisende Seite des Bürstenköchers (23) die Gründlinie des Trapezes bildet und die gegenüberliegende Seite in ihren Abmessungen dem lichten Abstand der Stege (27,28) voneinander entspricht, und daß der Bürstenköcher (23) unter Reduzierung der Lagerschlitzbreite auf das vorgegebene Haß zwischen den Stegen (27,28) eingespannt wird.

() 12. Maschine nach einem der Ansprüche 3-11, dadurch gekennzeichnet, daß zur ümbördelung der Stegenden anstelle der Kommutatorbürste (22) ein

Kalibrierungsstuck in den BUrstenköcher (23) eingesetzt ist.

13. Maschine nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerschild (20) auf der die

Stege (27,28) tragenden Innenseite und/oder auf der von den Stegen (27,28) abgekehrten Außenseite mit axial vorspringenden Kühlrippen (38) versehen ist.