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Dokumentenidentifikation DE69919239T2 28.07.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000935318
Titel Bürstenanordnung
Anmelder Black & Decker Inc., Newark, Del., US
Erfinder Du, Hung T., Reisterstown, Maryland 21136, US;
Hagan, Todd A., Windsor, Pennsylvania 17366, US
Vertreter Uexküll & Stolberg, 22607 Hamburg
DE-Aktenzeichen 69919239
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 04.02.1999
EP-Aktenzeichen 993008366
EP-Offenlegungsdatum 11.08.1999
EP date of grant 11.08.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.07.2005
IPC-Hauptklasse H01R 39/38
IPC-Nebenklasse H02K 5/14   H01R 39/40   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft Elektromotoren und insbesondere Bürsten und Bürstenordnungen.

Elektromotoren werden in verschiedenen Anwendungen verwendet wie auch in einer Anzahl von Arbeit betreffenden Gebieten. Ein Gebiet, wo kleine Elektromotoren benutzt werden, sind angetriebene Werkzeuge. Eine Bürste ist ein integraler Teil bei der Übertragung von Leistung zwischen einem Kommutator und einer Spannungsquelle.

Verschiedene Typen von Halterungen, die Federn haben, werden benutzt, um eine Kraft auf die Bürste auszuüben. Die Wirksamkeit der Bürste und der Abrieb an der Bürste wird vermindert, wenn die Bürste Überschlägen ausgesetzt ist. Überschläge sind inhärent dann gegeben, wenn die Bürste eine Neigung zum Springen hat oder sich vom Kommutator weg bewegt und die Bürste auf Unregelmäßigkeiten an rauhen Stellen trifft. Das US-Patent 4,593,220 ist typisch für eine Bürstenanordnung für Anwendungen bei angetriebenen Werkzeugen. Das US-Patent 5,714,826 zeigt eine Bürstenanordnung, die zur Reduzierung von Bürstenvibrationen und Überschlägen eine Bürste mit einer abgewinkelten Endwand hat.

Die US 4,163,167, die als nächstkommender Stand der Technik angesehen wird, offenbart einen Elektromotor-Bürstenhalter, in dem Bürsten mittels einer Feder in Kontakt zu einem Kommutator gedrückt werden.

Die US 3,784,856 offenbart eine Bürstenhalteranordnung, in der vorstehende Vertiefungen an einem Bürstenhalter eine Bürste davon abhalten, vom Bürstenhalter entfernt zu werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Bürstenanordnung für einen Motor bereitgestellt, aufweisend:

eine Basis mit einem Element zum Befestigen der Basis an einer Motorsternanordnung,

ein der Basis zugeordnetes Bürstengehäuse mit ersten und zweiten offenen Enden,

eine eine Achse definierende Bürste, die zwischen den ersten und zweiten offenen Enden des Gehäuses bewegbar angeordnet ist und sich von einem der offenen Enden des Gehäuses erstreckt, wobei die Bürste eine Fläche aufweist, die unter einem gewünschten Winkel bezüglich der Bürstenachse verläuft und in einem Aussparungsbereich der Bürste liegt,

ein Vorspannelement, das direkt auf die Bürstenfläche eine Kraft ausübt, um die Bürste in elektrischen Kontakt mit einem Kommutator zu drücken, und

einen elektrisch mit der Bürste gekoppelten elektrischen Verbinder zur elektrischen Verbindung zwischen Kommutator und Spannungsversorgung,

dadurch gekennzeichnet, dass die Bürste benachbart zum Aussparungsbereich einen Anschlag hat.

Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels, den angefügten Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen deutlich oder können bei der Ausführung der Erfindung entnommen werden.

Die beigefügten Zeichnungen, die in die Beschreibung eingefügt sind und einen Teil der Beschreibung bilden, stellen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile.

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Motors, der eine Bürstenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.

2 ist eine perspektivische Ansicht der Bürstenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.

3 ist eine Explosionsdarstellung der Bürstenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.

4 ist eine Draufsicht der Bürstenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei ein Kommutator in einer ersten Position angedeutet ist.

5 ist eine Figur ähnlich 4 mit einer abgenutzten Bürste.

6 ist eine perspektivische Ansicht einer Bürste gemäß der vorliegenden Erfindung.

7 ist eine perspektivische Ansicht eines angetriebenen Werkzeugs mit einem Motor wie in 1.

8 ist eine Ansicht wie 5 eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Sich den Figuren zuwendend, stellt 1 einen Motor dar, der aus einem Gehäuse eines angetriebenen Werkzeugs entnommen und mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Der Motor enthält eine Basis 12, Windungen (nicht dargestellt), einen Kommutator 16 und einen Stern 18. Eine Bürstenanordnung 20 ist dargestellt, um mit dem Motorstern 18 zu koppeln.

Die Bürstenanordnung 20 enthält eine Basis 22, ein Gehäuse 24, eine Feder 26, eine Bürste 28 und eine elektrische Verbindung 30. Die Basis 22 ist vorzugsweise ein nichtmetallisches Element, das ein Paar von Armen 32 und 34 hat, um die Basis 22 an dem Motorstern 18 zu befestigen. Weiterhin hat die Basis einen Steg 36, der die zwei Arme 32 und 34 verbindet. Der Steg hat eine Aussparung 38, die das Gehäuse 24 aufnimmt. Das Gehäuse 24 ist in der Aussparung 38 durch Laschen 25 befestigt, die unter die Basis 22 gebogen werden, um das Gehäuse 24 an der Basis 22 zu befestigen.

Das Gehäuse 24 enthält ein offenes zylindrisches Element 40, das einen rechteckigen Querschnitt hat. Der Zylinder hat offene Enden 42 und 44, wobei das Ende 42 an den Kommutator 16 angrenzt. Schlitze 46 und 48 sind an den Seiten 50 und 52 angeordnet und erstrecken sich von dem offenen Ende 44. Die Schlitze 46 und 48 ermöglichen der Feder 26 und dem elektrischen Verbinder 30, sich mit der Bürste 28 zu bewegen. Ferner sind am Gehäuse 24 ein einstückiges Nebenschlussschaltungselement 60 und ein Verbinder 62 ausgebildet. Der Verbinder 62 ermöglicht einen elektrischen Kontakt, um mit dem Gehäuse 24 gekoppelt zu werden. Ferner hat das Schaltungselement 60 eine Ausnehmung 61, die mit einem Dorn 63 zusammenwirkt, um die Positionierung des Gehäuses 24 an der Basis 22 zu ermöglichen.

Die Feder 26 ist um eine Stütze 54 gewunden, die sich von der Basisplatte 22 erstreckt. Die Stütze 54 kann bezüglich der Achse der Basis 22 außermittig abgewinkelt sein. Die Feder 26 übt eine Kraft auf die Bürste 28 aus. Der elektrische Verbinder 30 ist aus dem Stand der Technik als Anschlusslitzenverbinder oder -nebenschluss bekannt. Das Ende des Anschlusslitzennebenschlusses ist mit dem Verbindungselement 60 Ultraschall-verschweißt.

Die Bürste 28 hat einen Körperbereich 70 mit einem Paar von Enden 72 und 74. Der Körper hat einen allseitig rechteckigen Querschnitt. Das Ende 72 ist gebogen und hat mehrere erhöhte und vertiefte Bereiche 76 und 78, die an den Kommutator 16 angrenzen. Das Ende 74 umfasst einen vertieften Bereich 80 zwischen einem Paar von Wänden 82 und 84. Die Wände 82 und 84 sind voneinander beabstandet, so dass das Ende der Feder 26 zwischen den Wänden 82 und 84 gefangen ist und auf der Fläche 86 aufsitzt.

Der vertiefte Bereich 80 definiert eine Grundfläche 86. Die Fläche 86 ist bezüglich einer Ebene senkrecht zur Längsachse 88 der Bürste 28 abgewinkelt. Die Fläche 86 verläuft unter einem Winkel von mehr als null Grad bis zu etwa zehn Grad. Vorzugsweise ist die Fläche 86 in einem Winkel größer als null Grad bis zu etwa fünf Grad abgewinkelt. Der Winkel der Fläche 86 ist so, dass die Feder 26 eine im Wesentlichen konstante Kraft auf die Bürste 28 ausübt, wenn die Bürste im Gebrauch abnutzt. Eine zweite Aussparung 90 ist benachbart zur ersten Aussparung 80 ausgebildet. Die zweite Aussparung 90 ist tiefer und umfasst eine Fläche 92, wo die Anschlusslitze 30 in die Bürste 28 eintritt.

Ein Anschlag 100 erstreckt sich von der Bürste 28. Der Anschlag 100 hat eine Breite, die gleich der der Aussparungsbereichsfläche 86 ist. Der Anschlag 100 hat ein abgewinkeltes Ende 102, das am Grund des Gehäuseschlitzes 46 anliegt, wenn die Bürste 28 abgenutzt ist. Ferner hat der Anschlag 100 eine Fläche 104, die wirkt, um das Federende in der Aussparung zu halten. Entsprechend wird das Federende daran gehindert, sich von der Bürste 28 zu entfernen. Der Anschlag 100 verhindert außerdem, dass sich die Nebenschlussleitung weiter in das Gehäuse bewegt, um die Nebenschlussleitungsspitze daran zu hindern, in Eingriff mit dem Kommutator zu gelangen und die Kommutatoroberfläche zu beschädigen. Ferner stellt der Anschlag 100 während des automatisierten Montageprozesses eine Ausrichtungseinrichtung sowie durch Hindern der Bürste an einer weiteren Bewegung in Richtung des Kommutators eine Halteeinrichtung bereit. Wie angedeutet in 3 gezeigt ist, kann der Anschlag zusätzlich ein gekrümmter Bereich sein, der sich vom Gehäuse 24 erstreckt, und in der Bürste 28 kann eine Nut sein, die den vorstehenden Anschlag 100 eliminiert.

Die Grundfläche 86 des Aussparungsbereichs ermöglicht dem Federende in der Aussparung zu sitzen, um einen andauernden Kontakt mit der Bürste 28 vorzusehen. Dieser andauernde Kontakt stellt die Kraft bereit, die aufgrund des Winkels der Fläche beim Abrieb der Bürste eine im Wesentlichen konstante Kraft auf die Bürste ausübt. Die konstante Kraft unterbindet ein Springen der Bürste und erhöht daher den Bürstenabrieb und verhindert Schäden am Kommutator. Es ist ebenfalls bevorzugt, dass das Federende so nah wie möglich an der Bürste ist, wenn es die Kraft ausübt. Dies verstärkt die Anwendung der konstanten Kraft auf die Feder.

Da die Bürste eine einfache Ausgestaltung hat, kann sie einfach durch einen automatisierten Prozess mit der Bürstenanordnung zusammengebaut werden. Außerdem kann die Bürstenanordnung leicht durch einen automatisierten Prozess mit dem Motor zusammengebaut werden.

7 zeigt ein angetriebenes Werkzeug 110 wie einen Bohrmaschinenmotor. Das angetriebene Werkzeug 110 hat ein Gehäuse 112, das einen Motor 10 aufnimmt, der oben beschrieben ist. Das angetriebene Werkzeug 110 umfasst ferner ein Abtriebselement 114, in diesem Fall ein Spannfutter. Ein Stromkabel 116 ist mit dem angetriebenen Werkzeug 110 verbunden, um Spannung bereitzustellen. Das Werkzeug 110 kann auch batteriebetrieben sein.

8 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. 8 ist ähnlich zu 5, mit der Bürste 28' als dem einzigen Element, das in diesem Ausführungsbeispiel unterschiedlich ist. Dementsprechend sind die anderen Merkmale mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.

Die Bürste 28' ist dieselbe wie die vorher dargestellte mit der Ausnahme, dass die Fläche 86'. in einem wesentlich steileren Winkel verläuft als der in der obigen Ausgestaltung. Hier liegt der Winkel zwischen 20° und 40°. Vorzugsweise ist der Winkel etwa 30°. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Grundfläche 86', die in verschiedenen Positionen geneigt werden kann, um die konstante Anwendung einer Kraft auf den Kommutator zu ermöglichen. Wie angedeutet zu sehen ist, befindet sich die Feder nahe der Achse der Bürste, wenn sie von einer Ausgangsposition zu einer abgenutzten Position bewegt wird.

Zusammenfassend bietet die vorliegende Erfindung eine Anzahl von Vorteilen. Die vorliegende Erfindung stellt eine Bürste und eine Bürstenanordnung bereit, wobei eine im Wesentlichen konstante Kraft auf die Bürste ausgeübt wird. Die vorliegende Erfindung stellt eine Bürste bereit, die einer Feder ermöglicht, eine konstante Kraft auf die Bürste auszuüben, um den Abrieb zu reduzieren. Die Bürste umfasst eine Fläche, wobei die resultierende Federkraft, die durch die Anordnungsfeder auf die Fläche ausgeübt wird, während der Lebensdauer der Bürste im Wesentlichen die gleiche ist. Ferner gibt es einen Anschlag an der Bürste, der übermäßigen Abrieb an der Bürste durch Verhindern einer weiteren Bewegung der Bürste in Richtung des Kommutators verhindert. Dies hindert in ähnlicher Weise den Nebenschlussdraht am Eingriff mit dem Kommutator, der dabei die Kommutatoroberfläche beschädigt. Ferner hindert der Anschlag die Feder daran, sich von dem Ende der Bürste zu entfernen.

Es ist für den Fachmann leicht erkennbar, dass verschiedene Veränderungen und Abwandlungen an der Bürstenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Daher ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung diese Veränderungen und Abwandlungen abdeckt, sofern sie in den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und deren Äquivalente fallen.


Anspruch[de]
  1. Bürstenanordnung für einen Elektromotor, aufweisend:

    eine Basis (22) mit einem Element (32; 34) zum Befestigen der Basis an einer Motorsternanordnung,

    ein der Basis zugeordnetes Bürstengehäuse (24) mit ersten und zweiten offenen Enden (42; 44),

    eine eine Achse definierende Bürste (28), die zwischen den ersten und zweiten offenen Enden des Gehäuses bewegbar angeordnet ist und sich von einem (42) der offenen Enden des Gehäuses erstreckt, wobei die Bürste eine Fläche (86) aufweist, die unter einem gewünschten Winkel bezüglich der Bürstenachse verläuft und in einem Aussparungsbereich (80) der Bürste liegt,

    ein Vorspannelement (26), das direkt auf die Bürstenfläche eine Kraft ausübt, um die Bürste in elektrischen Kontakt mit einem Kommutator zu drücken, und

    einen elektrisch mit der Bürste gekoppelten elektrischen Verbinder (30) zur elektrischen Verbindung zwischen Kommutator (16) und Spannungsversorung,

    dadurch gekennzeichnet, dass die Bürste benachbart zum Aussparungsbereich einen Anschlag (100) hat.
  2. Bürstenanordnung nach Anspruch 1, bei der das Gehäuse einen axialen Schlitz (46) aufweist, in den sich der Anschlag erstreckt.
  3. Bürstenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Fläche unter einem Winkel von mehr als 0° und vorzugsweise bis zu etwa 40° bezüglich einer Tangentialebene der Bürstenachse verläuft.
  4. Bürstenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Winkel so gewählt ist, dass das Vorspannelement beim Abrieb der Bürste im Gebrauch eine im Wesentlichen konstante Kraft auf diese ausübt.
  5. Bürstenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der elektrische Verbinder benachbart zu der Fläche angeordnet ist.
  6. Bürstenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Bürste eine gewünschte Querschnittskonfiguration hat und der Aussparungsbereich sich zwischen einem Paar von Elementen (82; 84) befindet, die sich von Seiten der Querschnittskonfiguration erstrecken.
  7. Bürstenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Anschlag durchgehend mit dem Aussparungsbereich ausgebildet und vorzugsweise einstückig mit der Bürste geformt ist.
  8. Bürstenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Aussparungsbereich sich eine gewünschte Strecke über die Bürste erstreckt, die benachbart zu dem Aussparungsbereich eine zweite Aussparung (90) bildet.
  9. Bürstenanordnung nach Anspruch 8, bei der in der zweiten Aussparung ein elektrischer Kontakt (30) fest mit der Bürste verbunden ist.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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