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Dokumentenidentifikation DE19521702B4 22.07.2004
Titel Bürstenbrücke für Gleichstrommaschinen
Anmelder G. Dietrich GmbH Spezialfabrik für Bürstenhalter und Kunststoffteile, 79798 Jestetten, DE
Erfinder Dietrich, Wolfgang, Schaffhausen, CH
Vertreter Arendt, H., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 30161 Hannover
DE-Anmeldedatum 14.06.1995
DE-Aktenzeichen 19521702
Offenlegungstag 15.02.1996
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 22.07.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.07.2004
IPC-Hauptklasse H01R 39/38
IPC-Nebenklasse H01R 39/58   H02K 13/00   H02K 11/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Bürstenbrücke für eine Niederspannungs-Gleichstrommaschine, bestehend aus einem Bürstenring aus einem duroplastischen, wärmebeständigen Formstoff, mit welchem die Bürstenhalter vernietet sind, einer potentialfreien Bürstenverschleißanzeige, einem Thermoschalter zur Überwachung der Bürstentemperatur und einer elektrischen Verbindung der Bürstenhalter miteinander.

Es ist bekannt, Bürstenringe der eingangs genannten Art aus duroplastischem Formstoff mit aufgenieteten oder geschraubten Bürstenhaltern aus Messingguß oder Messingblech zu verwenden. Die Montage der elektrischen Verbindungen der Bürstenhalter, der Bürstenverschleißeinrichtung und der Einrichtung zur Temperaturüberwachung, sofern vorhanden, wurde bisher in die Montagelinie der Motorenfertigung integriert.

Für die Polverbindungen zwischen den Bürstenhalterpaaren dienen mit den Bürstenhaltern über Kabelschuhe verschraubte, flexible, isolierte Kupferleitungen. Beispiele für die Halterung von Kohlebürsten mit aufgenieteten Bürstenhaltern und Bürstenbrücken aus Isolierstoff und eingearbeiteten Nuten oder Rillen werden durch DE 78 20 742 U1 und DE-762 133 C dokumentiert.

Diese Kabel, sowie die Kabelschuhe, sind platzraubend, was bei engen Einbauverhältnissen im Motorlagerschild zu Platznot führt und einen vermehrten Einbauaufwand erfordert.

Die im Querschnitt bedeutend schwächeren Leitungen der Meldeeinrichtung und der Thermowächter werden üblicherweise mittels Kabelbindern an den Verbindungen der Bürstenhalter befestigt. Die Bürstenverschleiß- und Temperaturüberwachungen der Bürstenbrücken werden an ein Auswertegerät über einzelne, handelsübliche Steckverbinder angeschlossen.

Bei Meldeeinrichtungen für die Verschleißanzeige der Kohlebürsten können Bürsten mit einem eingestampften Meldekontakt, sogenannte Meldebürsten, eingesetzt werden. Bei jedem Bürstenwechsel ist der teure Kontakt jedoch verloren und verursacht entsprechende Kosten.

Bei potentialbehafteten Meldeeinrichtungen wird der über die Bürsten fließende Strom als Meldestrom verwendet. Der Kontakt wird über die Bürstendruckfedern auf am Bürstenring befestigte federnde Kontakte hergestellt. Leitungen mit Steckhülsen besorgen die Verbindungen zwischen zwei mit Steckzungen versehenen Kontaktfederpaaren.

Bei Gleichstrom-Industriemaschinen wird der Meldekontakt durch Mikroschalter praktiziert. Durch den starken Schmutzanfall und die Feuchtigkeit bei besonderen Anwendungsfällen, wie beispielsweise bei Flurförderfahrzeugen, sind übliche Mikroschalter störanfällig. Der in die Schalter eindringende Schmutz setzt den empfindlichen Mechanismus außer Betrieb. Deshalb können gekapselte Schalter zum Einsatz gelangen, was jedoch aus Kostengründen möglichst vermieden wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige, robuste, komplett einbaufertig verdrahtete Bürstenbrücke nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, wobei die Möglichkeit eines Anschlusses der Bürstenverschleiß- und Temperaturüberwachung verwechslungssicher an das Überwachungsgerät gegeben sein muß. Die Meldeeinrichtung muß gegen die im Betrieb auftretende starke Verschmutzung durch Staub, Kohlestaub, infolge Abnutzung der Bürsten und Feuchtigkeit geschützt sein. Die Wärmebeständigkeit hat der Isolierstoffklasse F=155°C zu entsprechen. Die Verbindungsleitungen für die Bürstenhalter sollen platzsparend ausgeführt und vorteilhaft mit den Bürstenhaltern verbunden sein sowie eine unabhängige Anschlußmöglichkeit der Kohlebürsten gewährleisten.

Die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 aus.

Weitere den Erfindungsgegenstand vorteilhaft gestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Bürstenbrücke stellt eine kompakte, handliche Ausführung mit einer integrierten, über einen Mehrfachstecker schnell und verwechslungssicher anzuschließende Überwachungssensorik sowie mit starren, platzsparenden Bürstenhalterverbindungsleitungen ohne störende, flexible Kabel oder Litzen dar. Als weiterer Vorteil einer guten Handhabung, schnellen und leichten Montage ins Motorlagerschild entfällt beim Hersteller der Maschine der bisherige Aufwand für die Verdrahtung der einzelnen Elemente. Die Anzahl der Bauteile ist verringert, so daß Lagerhaltungskosten gesenkt werden können.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und nachstehend erläutert.

Es zeigen:

1: den Bürstenring mit daran befestigten Bürstenhaltern,

2: einen Querschnitt durch den Bürstenring,

3: die Rückseite des Bürstenrings,

4: eine Alternative für die Bürstenmeldeeinrichtung mit einem durch die Bürstendruckfeder betätigbaren, federnden Kontaktarm in den Betriebsstellungen a und b und

5: eine weitere Alternative für die Bürstenmeldeeinrichtung mit einem Mikroschalter in den Betriebsstellungen a und b.

An dem Bürstenring 1 aus einem duroplastischen, wärmebeständigen Formstoff sind Bürstenhalter 2, vorzugsweise aus Messingblech, angebracht und mit dem Ring vernietet. Die Bürstenfeder 3 sorgt mit ihrem freien Ende 3a für die notwendige Anpreß- und Vorschubkraft der Kohlebürsten 30 an den Kommutator 31 der Gleichstrommaschine. Es sind starre Polverbindungsleitungen 4 aus gebogenem Rundkupfer vorgesehen und mit einem Isolierschlauch 5 überzogen oder mit einem anderen geeigneten Isoliermaterial beschichtet. Die Polverbindungsleitungen sind mit den Bürstenhaltern an den Positionen 6 durch Verstauchen verbunden.

Die starren, fest mit den Bürstenhaltern vernieteten Leiter aus Rundkupfer sind in ihrer Lage definiert und gewähren dadurch einen ausreichenden Isolierabstand 7 zur Bildung einer Luftstrecke.

Die zusätzliche Isolation 5 dient als Sicherheit. Die frei im Luftstrom liegenden Leitungen 4 gewähren eine gute Wärmeabfuhr an die den Motor durchströmende Kühlluft. Die platzsparende Bauweise kommt den engen Einbauverhältnissen im Lagerschild der Gleichstrommaschine, insbesondere bei Motoren für Flurförderfahrzeuge, entgegen und erleichtert die Montage.

Für jede Kohlebürste ist eine Verschleißmeldeeinrichtung mit einem zweiarmigen Betätigungshebel 8, einem festen Kontakt 9 und einer beweglichen Kontaktfeder 10 mit einem daran befestigten Gleitstück 11 vorgesehen. Jeweils eine Verschleißmeldeeinrichtung eines Bürstenpaares ist in der Meldeposition bei abgenutzter Kohlebürste, die gegenüberliegende Meldeeinrichtung in der Ausgangsstellung bei erneuerter Kohlebürste dargestellt. Der am Bürstenhalter 2 drehbar angeordnete Betätigungshebel 8 hat die Aufgabe, durch seine Lagerung auf der Achse 12 die Bewegung der labilen Spiralbandfeder 3 aufzunehmen und beim Erreichen des Meldepunktes über das Gleitstück 11 den Kontakt zu öffnen. Die Bewegung der labilen Spiralbandfeder wird in eine definierte Bewegung zum exakten Auslösen des Meldekontaktes umgesetzt. Die Hebelgeometrie ist derart ausgelegt, daß die Trennung der Kontakte möglichst rasch erfolgt, um ein Flattern derselben auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Diese Aufgabe wird durch einen Lastarm des Hebels erreicht, der länger ist als sein kraftseitiger, durch die Bürstendruckfeder belastbarer Hebelarm. Der feste Kontakt 9 sowie der federnde Kontakt 10 sind direkt in schlitzförmige Ausnehmungen 13 (3) des Bürstenrings gesteckt und arretiert. Dadurch erübrigt sich eine separate Fertigung der Schalter, die wiederum auf der Bürstenbrücke zu befestigen wären.

Als weitere Ausführungsform der Meldeeinrichtung kann eine bewegliche Kontaktfeder 14 (4a und 4b) mit einem isolierten Endstück 15 unter Verzicht eines Betätigungshebels vorgesehen werden. Hierbei liegt die Bürstendruckfeder 3 unmittelbar am isolierten Ende der Kontaktfeder an und öffnet den Kontakt, sobald die Kohlebürste 30 infolge ihres Verschleißes am Kontaktende entsprechend weit in den Bürstenhalter hineingeschoben worden ist. Die 4b zeigt eine Neubestückung mit der geöffneten Bürstendruckfeder 3.

Bei der Variante nach den 5a und 5b ist der Einsatz eines vorteilhaft gekapselten Mikroschalters 16 vorgesehen. Die Betätigung erfolgt in dieser Form wiederum durch einen Betätigungshebel 8.

Die Kontakte 9 und 10 sind mit Nasen 17 versehen, unter welche die Anschlußfahnen 18 der Meldeleitungen 19 greifen und mit diesen in einem Arbeitsgang durch Falzen oder Bördeln („Crimpen") elektrisch leitend verbunden werden.

Die Meldeleitungen 19 sind in Nuten 21 der Bürstenringrückseite verlegt. Die Anschlußfahnen 18 führen durch die entsprechenden schlitzförmigen Ausnehmungen 13 im Bürstenring 1 zu den Nasen 17 der Kontakte 9 und 10. Die jeweiligen Ein- und Ausgangsleitungen 19 der Meldeeinrichtung und des Thermowächters 22 sind mit handelsüblichen Rundsteckern 23 versehen und in einem gemeinsamen Steckergehäuse 24 untergebracht. Diese Steckverbindungstechnik gewährleistet einen schnellen, sichern Anschluß der gesamten Überwachungssensorik des Motors mit Hilfe der mehrpoligen, handelsüblichen Steckverbindungen an das Überwachungsgerät. Die in der Bürstenbrückenrückseite angeordneten Nuten 21 sowie die weiteren Ausnehmungen 25 für die Zugänglichkeit zu den Kontakten 9 und 10 und des Steckergehäuses 24 sind mit einem Abdeckkranz 26 aus Kunststoff verschlossen.


Anspruch[de]
  1. Bürstenbrücke für Niederspannungs-Gleichstrommaschinen, bestehend aus einem Bürstenring aus einem duroplastischen, wärmebeständigen Formstoff, mit welchem die Bürstenhalter vernietet sind, einer potentialfreien Bürstenverschleißanzeige, einem Thermoschalter zur Überwachung der Bürstentemperatur und einer elektrischen Verbindung der Bürstenhalter miteinander, dadurch gekennzeichnet, daß zur Polverbindung Leiter (4) aus massivem Rundkupfer eingesetzt und durch Verstauchen mit den Bürstenhaltern (2) verbunden sind, daß als Meldeeinrichtung für eine Verschleißanzeige direkt in Ausnehmungen (25) des Bürstenringes gesteckte und arretierte Kontaktelemente (9, 10) vorgesehen und Meldeleitungen (19) zur Verschleißanzeige in Nuten (21) und in durch die Nuten verbundenen Ausnehmungen (25) auf der Rückseite des Bürstenringes angeordnet sind, wobei die Ausnehmungen (25) und Nuten (21) für die Aufnahme der Leitungen der Meldeeinrichtungen mit einem einteiligen Abdeckkranz (26) aus wärmebeständigem Kunststoffverschlossen sind.
  2. Bürstenbrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (9, 10) mit Nasen (17) zur Aufnahme von Anschlußfahnen (18) der Meldeleitungen (19) versehen sind.
  3. Bürstenbrücke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nasen (17) mit den Anschlußfahnen (18) durch Falzen oder Bördeln („Crimpen") verbunden sind.
  4. Bürstenbrücke nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfahnen (18) durch schlitzförmige Aussparungen (13) im Bürstenring (1) zu den Nasen (17) der Kontakte (9, 10) geführt sind.
  5. Bürstenbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meldeeinrichtung einen auf einer Achse (12) gelagerten zweiarmigen Hebel (8) zur Betätigung der Kontaktelemente aufweist.
  6. Bürstenbrücke nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der lastseitige Arm länger ist als der kraftseitige Arm des Hebels (8).
  7. Bürstenbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Kontaktelemente als Feder (14) mit einem isolierten Ende (15) unmittelbar von der Bürstendruckfeder (3) betätigbar ist.
  8. Bürstenbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (8) mit einem Mikroschalter (16) für die Meldeeinrichtung in Wirkverbindung steht.
  9. Bürstenbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Ausgangsleitungen (19) der Meldeeinrichtung und des Thermowächters (22) mit handelsüblichen Rundsteckern (23) versehen sind, die in einem gemeinsamen Steckergehäuse (24) untergebracht sind, welches mit dem Bürstenring verschraubt ist.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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