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Dokumentenidentifikation DE69834222T2 04.01.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000891020
Titel Bürstenanordnung für eine dynamoelektrische Maschine
Anmelder Black & Decker Inc., Newark, Del., US
Erfinder Wheeler, Dale K., Fallston, Maryland 21047, US;
Bohart, Russell J., Baltimore, Maryland 21236, US
Vertreter Uexküll & Stolberg, 22607 Hamburg
DE-Aktenzeichen 69834222
Vertragsstaaten CH, DE, FR, GB, IT, LI, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 08.07.1998
EP-Aktenzeichen 983054404
EP-Offenlegungsdatum 13.01.1999
EP date of grant 19.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.01.2007
IPC-Hauptklasse H01R 39/38(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01R 39/26(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   H02K 5/14(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft eine Bürstenanordnung für eine dynamoelektrische Maschine, vorzugsweise für einen Universal-Kleinmotor.

Bei Universal-Kleinmotoren, die häufig für kraftgetriebene Werkzeuge und Geräte verwendet werden, erfolgt der elektrische Kontakt zu den rotierenden Ankerspulen durch Eingreifen der Kohlebürsten mit einem rotierenden Kommutator. Der elektrische Kontakt von der Bürste zu dem Motorschaltkreis kann durch einen Anschlußdraht, der in der Bürste eingebettet ist, oder durch einen mittels einer Feder vorgespannten Arm erfolgen, der mit der Bürste in Eingriff steht. Die Bürsten, die aus Kohlenstoff hergestellt sind, sind weicher als der Komutator und werden daher abgenutzt. Die Bürste ist normalerweise verschiebbar in einer Halterung montiert und wird mit Hilfe einer Feder oder mit Hilfe eines durch eine Feder vorgespannten Arms in Richtung auf den Kommutator vorgespannt, um den elektrischen Kontakt beizubehalten, wenn sich die Bürste bei Betrieb des Motors abnutzt. Aus Gründen der Kosten und des einfachen Aufbaus gibt es keine spezielle Einrichtung, mit Hilfe derer angegeben wird, wann eine Bürste abgenutzt ist und sie ersetzt werden sollte. Die Notwendigkeit des Austauschens erkennt der Benutzer normalerweise dann, wenn das Werkzeug nicht mehr funktioniert. Dieses Verfahren zum Erfassen, wann die Bürsten ersetzt werden sollten, hat zu einigen signifikanten Probleme geführt. Die Verlagerung der Feder oder des Arms muss begrenzt werden, wenn die Bürste abgenutzt ist, um einen Kontakt des Arms oder der Feder mit dem Kommutator zu verhindern, weil sonst der Kommutator beschädigt werden würde. Außerdem, wenn eine Bürste mit einem Anschlussdraht verwendet wird, dann muss die Verlagerung der Bürste begrenzt werden, um ein Eingreifen zwischen dem in der Bürste eingebetteten Anschlussdraht und dem Kommutator zu verhindern. Die Verwendung von einem Anschlussdraht wird daher die verwendungsfähige Länge der Bürste vermindert, und zwar aufgrund des Vorhandenseins des Drahtes in einem Bereich der Bürste.

Mit einem Anschlussdraht versehene Bürsten haben weitere Nachteile im Vergleich zu Bürsten ohne Anschlussdraht, einschließlich der höheren Herstellungskosten, der hohen Betriebstemperaturen und der geringen Zuverlässigkeit. Die Herstellungskosten sind höher, und zwar aufgrund der Kosten der Herstellung der Bürste mit dem eingebetteten Anschlussdraht. Eine mit einem Anschlussdraht versehene Bürste hat eine hohe Betriebstemperatur, da der Anschlussdraht normalerweise elektrisch isoliert ist und folglich nicht einfach abzukühlen ist. Durch Aufbau von Hitze wird der Widerstand der Bürstenanordnung erhöht, und folglich steigen die elektrischen Verluste. Die mit einem Anschlussdraht versehenen Bürsten haben eine geringere Zuverlässigkeit, da der Draht während der Montage und des Betriebs des Motors Gegenstand von Abschleifungen ist.

Um die Lebensdauer der Bürste zu verlängern und die anderen Nachteile zu überwinden, werden für einige Anwendungen häufig Bürsten ohne Anschlussdraht verwendet. Bei der Entwicklung von Bürsten ohne Anschlussdraht wurden jedoch Beschädigungen an der Bürste beobachtet, wenn die Bürste das Ende ihrer Lebensdauer erreicht. Es wurde herausgefunden, dass solche Probleme insbesondere bei Anwendungen von Motoren für kraftgetriebene Werkzeuge auftreten, die mit Starkstrom in Bereichen von 6 bis 8 Ampere arbeiten. Es gibt somit eine Forderung, eine Bürstenanordnung ohne Anschlussdrähte zu entwickeln, bei der am Ende der Lebensdauer der Bürste weniger Schäden entstehen.

Die US 3,784,856 beschreibt eine Bürstenhalteranordnung für einen Elektromotor, die ein rohrförmiges Haltebauteil aufweist, in der ein Bürstenbauteil so verschiebbar ist, dass das Bürstenbauteil mit einem Kommutator in Kontakt steht. In dem rohrförmigen Haltebauteil ist eine Druckfeder vorgesehen, um das Bürstenbauteil in Kontakt mit dem Kommutator vorzuspannen. Eine sich in Längsrichtung erstreckende Oberflächennut ist in dem Bürstenbauteil ausgebildet. Die Nut hat einen Anschlag, der geformt ist, um gegen einen Vorsprung zu stoßen, der in dem rohrförmigen Halter ausgebildet ist, wenn die Bürste bis zu einem Ausmaß abgenutzt ist, bei dem die Feder den Anschlag in Kontakt mit dem Vorsprung drückt.

Die US 1,934,350 beschreibt eine Bürstenhalteranordnung für einen Elektromotor mit einem Bürstenkasten, in dem verschiebbar eine Bürste aufgenommen ist. Ein Kontaktfinger ist schwenkbar an einer Welle montiert und wird durch ein Paar innere und äußere Federbauteile vorgespannt, so dass eine Kontaktspitze die Bürste durch den Bürstenkasten nach unten drückt.

Die US 2,104,721 beschreibt eine Bürstenhalteranordnung mit einem Rahmen, der eine rechteckige Öffnung hat, in der eine Bürste verschiebbar angeordnet ist. Bürstenarme werden durch Federn vorgespannt, um die Bürste durch den Schlitz mit dem Kommutator in Eingriff zu bringen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Bürstenanordnung einen rohrförmigen Bürstenhalter, eine Bürste aus Kohlenstoff, einen Arm, um die Bürste vorzuspannen, und eine Feder auf, um den Arm vorzuspannen. Der Halter hat einen Hohlraum, der sich in einer ersten Richtung erstreckt, durch die Seitenwände des Halters gebildet ist und ein inneres und ein äußeren offenes Ende. Die Bürste ist verschiebbar in dem Hohlraum des Halters montiert. Ein Anschlag ist zwischen der Bürste und dem Halter ausgebildet und hat eine Nicht-Eingriffstellung, um die teilweise Bewegung der Bürste durch das innere Ende des Halters zu ermöglichen, und eine Eingriffsstellung, um die Bewegung der Bürste durch das innere Ende des Halters zu begrenzen. Der elektrisch leitfähige Arm ist schwenkbar an dem Träger montiert und erstreckt sich durch einen Schlitz des Halters. Ein distales Ende von dem Arm steht mit dem äußeren Ende der Bürste in Eingriff und drück die Bürste in Richtung auf das innere Ende des Hohlraums. Die Feder ist zwischen dem Träger und dem Arm vorgesehen, um den Arm in Eingriff mit der Bürste vorzuspannen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Bürstenhalteranordnung vorgesehen, mit:

einem Träger;

einem an dem Träger angebrachten, rohrförmigen Halter, wobei der rohrförmige Halter aufweist:

erste und zweite Seitenwände, die sich in einer ersten Richtung erstrecken; und

einen sich in einer ersten Richtung erstreckenden, durch die Seitenwände des Halters gebildeten Hohlraum mit einem inneren und einem äußeren offenen Ende;

einer verschiebbar in dem Hohlraum des Halters befestigten Bürste; und

einem zwischen der Bürste und dem Halter ausgebildeten Anschlag, der eine Nicht-Eingriffsstellung hat, um die teilweise Bewegung der Bürste durch das innere Ende des Halters zu ermöglichen, und der eine Eingriffsstellung hat, um die Bewegung der Bürste durch das innere Ende des Halters zu begrenzen;

dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Halter einen in der ersten Seitenwand ausgebildeten Schlitz aufweist, der Schlitz ein inneres Ende hat, und dass die Bürstenhalteranordnung ferner einen schwenkbar an dem Träger befestigten, elektrisch leitfähigen Arm aufweist, der sich durch den Schlitz des Halters erstreckt, mit dem äußeren Ende der Bürste eingreifbar ist, die Bürste in Richtung auf das innere Ende des Hohlraums vorspannt und nach außen von dem Ende des Schlitzes beabstandet ist, um auf die Bürste eine Vorspannung auszuüben, wenn sich der Anschlag in einer Eingriffstellung befindet; und

eine Feder zum Vorspannen des Arms in Eingriff mit der Bürste zwischen Träger und Arm verbunden ist.

Ein signifikantes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Arm nach außen gerichtet von dem Ende des Schlitzes beabstandet ist, um auf die Bürste eine Vorspannung aufzubringen, wenn sich der Anschlag in einer Eingriffsstellung befindet. Als Folge wird die Bürste, wenn sie abgenutzt ist, fest zwischen dem Arm und dem Anschlag gehalten. Dies hat zu einer Verminderung hinsichtlich der Verschlechterung der Komponenten der Bürstenanordnung geführt.

Der Anschlag ist vorzugsweise durch erste und zweite Nuten, die jeweils in den ersten und zweiten Seitenwänden der Bürste ausgebildet sind, und durch angepasste erste und zweite Rippen gebildet, die in den Seitenwänden des Halters ausgebildet sind. Die Nuten erstrecken sich von dem inneren Ende der Bürste in Richtung auf das äußere Ende der Bürste und nehmen die Rippen verschiebbar auf, um die Bewegung der Bürste in dem Hohlraum des Halters zu führen, wenn sich die Bürste abnutzt. Erste und zweite Endwände sind jeweils in den ersten und zweiten Nuten ausgebildet, und zwar hinsichtlich des äußeren Ende der Bürste nach innen gerichtet. Die Anschlag-Eingriffsstellung ist erreicht, wenn die Endwände der Nuten mit den Rippen eingreifen und eine Bewegung der Bürste durch das innere Ende des Halters begrenzen.

Der Arm ist mit dem Träger vorzugsweise durch eine Schwenkverbindung mit geringer Reibung verbunden, die durch eine Basis von dem Arm gebildet ist, die gegen eine scharfe Kante von einem Vorsprung schwenkbar vorgespannt ist, der integriert mit dem Halter ausgebildet ist.

Durch die Feder wird im Wesentlichen eine konstante Vorspannung auf die Bürste aufgebracht, und zwar durch die Verlagerung des Arms, wenn sich die Bürste abnutzt. Die Feder hat vorzugsweise ein Ende, das an dem Vorsprung befestigt ist, einen Zwischenabschnitt, der um den Vorsprung gewickelt ist, wobei das andere Ende mit dem mittleren Abschnitt des Arms in Eingriff steht.

Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden durch die detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels, die beigefügten Ansprüche und die beiliegenden Zeichnungen verdeutlicht oder können durch Ausführung der Erfindung erlernt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben:

1 ist eine Draufsicht von einer Bürstenanordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

2 ist eine Seitenansicht entlang Linie 2-2 aus 1, unter der Ausnahme, dass die Bürste aus dem Halter entfernt ist.

3 ist eine Seitenansicht von einer Bürste zur Verwendung in der in 1 gezeigten Bürstenanordnung, und zwar gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

4 ist eine axiale Querschnittsansicht entlang Linie 4-4 aus 3.

5 ist eine Querschnittsansicht in Querrichtung entlang Linie 5-5 aus 4.

6 ist eine Draufsicht auf den Arm zum Vorspannen der Bürste in der Bürstenanordnung aus 1.

7 ist eine Seitenansicht von dem Arm aus 1 entlang Linie 7-7 aus 6.

8 ist eine Endansicht von dem Arm aus 1 entlang Linie 8-8 aus 6.

9 ist eine schematische Draufsicht von dem Arm, der Feder und dem Vorsprung der Bürstenanordnung aus 1. Der Arm, die Feder und der Vorsprung sind in der Stellung A gezeigt, die einem Zustand entspricht, wenn sich eine nicht abgenutzte Bürste in dem Bürstenhalter befindet.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 19 gezeigt und ist eine Bürstenanordnung 11 für Universal-Kleinmotoren, die normalerweise in kraftgetriebenen Werkzeugen und Haushaltsgeräten verwendet werden. Die vorliegende Erfindung findet auch auf andere Typen von Motoren und Generatoren Anwendung, die Kommutatoren und Bürsten verwenden, um einen elektrischen Kontakt zu den Wicklungen des Ankers herzustellen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie am besten in 1 und 2 gezeigt ist, weist die Bürstenanordnung 11 einen elektrisch leitfähigen, rohrförmigen Halter 13 auf, der an einem Träger befestigt ist. (In 2 ist in dem Halter keine Bürste gezeigt.) Der Träger ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt und ist vorzugsweise relativ zum Stator eines Motors befestigt. Wie nachfolgend beschrieben wird, wird durch den Halter 13 eine der primären elektrischen Verbindungen zwischen einer in dem Halter 13 gehaltenen Bürste 33 und dem Stator des Motors (nicht gezeigt) bewirkt. Der Halter 13 hat erste und zweite Seitenwände 17, 19. Ein Hohlraum 21 erstreckt sich in einer ersten Richtung, ist durch die Seitenwände 17, 19 des Halters 13 definiert und hat ein inneres und ein äußeres offenes Ende. Ein Schlitz 29 ist in der ersten Seitenwand des Halters 13 ausgebildet, um einen Arm 31 aufzunehmen, um eine Bürste 33 in Richtung auf den Kommutator 35 des Motors vorzuspannen. Der Schlitz 29 hat vorzugsweise eine innere Endwand 37, die, mit Ausnahme für die vorliegende Erfindung, wie nachfolgend erläutert, normalerweise mit dem Arm 31 eingreifen würde und eine Bewegung des Arms 31 in Richtung auf den Kommutator 35 des Motors begrenzen würde.

Vorzugsweise ist der Halter 13 aus einer einzigen Messingplatte 39 hergestellt, die durch eine Anzahl von Vorsprüngen 41, 43 (von diesen sind in 2 zwei gezeigt) an dem Träger befestigt ist. Ein erster Anschluss 45, um den Halter 13 mit dem Stator des Motors zu verbinden, ist an der Platte 39 ausgebildet und erstreckt sich senkrecht zu der Ebene des Trägers. Ein zweiter Anschluss 47 (1, 2) ist zur Verbindung mit dem Bürsten-Anschlussdrahtes in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung (nicht gezeigt) bei Verwendung einer Bürste mit Anschlussdraht vorgesehen. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung ist für Motoren gewünscht, bei denen eine erhöhte Unterdrückung von EMI gefordert ist. Ein Vorsprung 49 ist ebenfalls integriert mit der Platte 39 ausgebildet, um eine leitfähige Schwenkstelle für den elektrisch leitfähigen Arm 31 zu bilden, um die Bürste 33 in Eingriff mit dem Kommutator 35 vorzuspannen, wie nachfolgend erläutert wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in 1 und 25 gezeigt, weist die Anordnung 11 außerdem eine Bürste 33 auf, die im Wesentlichen aus Kohlenstoff besteht. Die Bürste 33 ist aus einer herkömmlichen Zusammensetzung von Kohlenstoffpartikeln mit geeigneten Bindemitteln hergestellt. Die Bürste 33 ist verschiebbar in dem Hohlraum 21 des Halters 13 montiert und hat ein inneres und ein äußeres Ende 51, 53 sowie erste und zweite gegenüberliegende Seitenwänden 57, 59, die sich zwischen dem inneren und dem äußerem Ende 51, 53 erstrecken. Vorzugsweise hat die Bürste 33 eine im Wesentlichen rechteckige, quaderförmige Konfiguration mit einem in Querrichtung verlaufenden Kanal 59 in der äußeren Endwand 53, um ein distales Ende 60 von dem Arm 31 aufzunehmen. Ein zweiter Strompfad zwischen dem Stator des Motors und dem Kommutator 53 erfolgt durch Eingriff der Bürste 33 mit den Seitenwänden 17, 19 des Halters 13. Wie vorstehend angemerkt, ist der Halter durch den ersten Anschluss 45 mit dem Stator des Motors verbunden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in 1 und 35 gezeigt, weist die Anordnung 11 außerdem einen Anschlag 61 auf, der zwischen der Bürste 33 und dem Halter 13 gebildet ist. Der Anschlag 61 hat eine Nicht-Eingriffsstellung, um eine teilweise Bewegung der Bürste 33 durch das innere Ende 25 des Halters 13 zu ermöglichen, und eine Eingriffsstellung, um eine Bewegung der Bürste 33 durch das innere Ende 25 des Halters 13 zu begrenzen. Vorzugsweise ist der Anschlag 61 durch erste und zweite Rippen 63, 65 sowie erste und zweite angepassten Nuten 67, 69 gebildet. Die ersten und zweiten Rippen 63, 65 sind gekrümmt, verlaufen axial und sind in den ersten und zweiten Seitenwänden 17, 19 des Halters 13 gebildet und erstrecken sich von diesen nach innen. Durch Ausbildung der Rippen 63, 65 in integrierter Weise von den Seitenwänden 17, 19 des Halters 13 wird zur Vereinfachung und Verringerung der Kosten der vorliegenden Erfindung beigetragen.

Die ersten und zweiten Nuten 67, 69 sind jeweils in den ersten und zweiten Seitenwänden 57, 59 der Bürste 33 ausgebildet und erstrecken sich in der ersten Richtung 23. Die Nuten 67, 69 erstrecken sich von dem inneren Ende 51 der Bürste 33 in Richtung auf das äußere Ende 53 der Bürste 33 und nehmen die Rippen 63, 65 verschiebbar auf, um die Bewegung der Bürste 33 in dem Hohlraum 21 des Halters 13 zu führen, wenn sich die Bürste 33 abnutzt. Die Nuten 67, 69 haben vorzugsweise einen gekrümmten Querschnitt, um an die Rippen 63, 65 des Halters 13 angepasst zu sein. Andere Querschnittsformen der Führungen und Nuten 67, 69 können ebenfalls verwendet werden. Um die Reibung zu vermindern, sollten die angepassten Flächen der Führungen und Nuten 67, 69 die gleiche Form haben. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Nuten 67, 69 sowie die Endwände 70, 72 integriert in dem Körper der Kohlenstoffbürste ausgebildet sind. Durch Weglassung zusätzlicher Teile, um die Führungs- und Stopp-Funktionen der Bürste 33 in dem Halter durchzuführen, werden die Zuverlässigkeit erhöht und die Herstellungskosten vermindert.

Alternativ kann der Anschlag 61 durch ein einziges Paar von angepassten Nuten 67, 69 und Rippen 63, 65 anstelle der beiden Paare von angepassten Nuten 67, 69 und Rippen 63, 65 gebildet sein. Auch hier kann die Führung der Bürste 33 in dem Halter 13 durch einen Vorsprung gebildet werden, der in der Seitenwand der Bürste 33 ausgebildet ist und verschiebbar in einen Schlitz 29 in dem Halter 13 eingreift. Keine dieser Alternativlösungen ist gezeigt.

Gemäß der Erfindung, wie in 1, 2 und 79 gezeigt, weist die Anordnung 11 außerdem den elektrisch leitfähigen Arm 31 auf, um die Bürste 33 in Richtung auf das innere Ende 25 des Hohlraums 21 vorzuspannen. Der Arm 31 ist verschwenkbar an dem Träger montiert, erstreckt sich durch den Schlitz 29 des Halters 13 und steht mit dem äußeren Ende 53 der Bürste 33 in Eingriff. Das wichtigste Merkmal besteht darin, dass der Arm 31 eine Vorspannung auf die Bürste 33 aufbringt, wenn sich der Anschlag 61 in einer Eingriffsstellung befindet. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das distale Ende 60 des Arms 31 nach außen gerichtet von der Endwand 37 des Schlitzes 29 beabstandet, um eine Vorspannung auf die Bürste 33 aufzubringen, wenn die Nuten-Endwände 70, 71 mit den Rippen 63, 65 eingreifen, um eine weitere, nach innen gerichtete Bewegung der Bürste 33 zu verhindern. Wenn daher der Anschlag 61 eingreift, was dem Ende der verwendbaren Bürstenlänge entspricht, dann wird der Rest der Bürste 33 fest zwischen dem Arm 31 und den Rippen 63, 65 des Halters 13 gehalten. Dadurch werden Vibrationen der Bürste 33 und Funkenbildung am Ende der Lebensdauer der Bürste verhindert, wodurch die Bürstenanordnung gegen Verschlechterung geschützt wird.

Vorzugsweise weist der Arm 31 außerdem eine Basis auf, die durch erste und zweite Schenkel 71, 73 gebildet ist. Jeder Schenkel 71, 73 weist mit einem Winkel beabstandete Seitenwände 75, 77 auf, die benachbart zu gegenüberliegenden Seiten 81, 83 des Vorsprungs 49 angeordnet und um den Vorsprung 69 über den Winkel verschwenkbar sind, der zwischen den mit dem Winkel beabstandeten Seitenwänden 75, 77 gebildet ist. Der Arm 31 ist an einer scharfen Kante 79 des Vorsprungs 49 schwenkbar, um einen Schwenkpunkt mit geringer Reibung bereitzustellen. Der Arm 31 ist nicht mit dem Vorsprung 49verbunden, außer durch eine Feder 85, wie nachfolgend erläutert wird.

Der Arm 31 dient einer Anzahl von Zwecken. Erstens, der Arm 31 hält die Bürste 33 in Eingriff mit dem Kommutator 35. Zweiten, der Arm 31 stellt einen elektrischen Strompfad zwischen der Bürste 33 und dem Stator des Motors über den integriert an der Platte 39 gebildeten Vorsprung 49 zur Verfügung. Dieser Pfad wird durch den Strompfad zwischen der Bürste 33 und dem Halter 13 ergänzt. Der Arm/Bürsten-Strompfad ist besonders wichtig, beispielsweise dann, wenn ein Kommutator 35 abgenutzt ist und Vibrationen der Bürste 33 bewirkt, wodurch die Wirksamkeit des Bürsten/Halter-Strompfades reduziert wird. Die Verwendung von parallelen Strompfaden und die Vermeidung von Leistungsverlusten sind bei kabellosen kraftgetriebenen Werkzeugen wichtig, um die verwendbare Energie einer einzelnen Aufladung von dem Batterie-Pack zu verlängern. Drittens, durch den Arm 31 wird die Feder 85 thermisch von der Bürste 33 isoliert. Durch übermäßige Hitze wird die Feder 85 geglüht und verliert ihre Federkonstante. Der Arm 31 wirkt als eine Wärmesenke und als ein Wärmestrahler. Die Wärme wird von dem Arm 31 abgeführt, indem er in der Luftströmung angeordnet ist, die durch das Motorgebläse (nicht gezeigt) erzeugt wird. Schließlich bewirkt der Arm 31 eine inhärente Last auf die Bürste 33, damit die Bürste 33 nur in einem geringerem Ausmaß Vibrationen und Funkenbildung ausgesetzt ist.

Gemäß der Erfindung, wie in 1 und 9 gezeigt, beinhaltet die Anordnung 11 außerdem eine Feder 85, die zwischen dem Träger und dem Arm 31 verbunden ist, um den Arm 31 ein Eingriff mit der Bürste 33 vorzuspannen. Vorzugsweise ist die Feder 85 eine Spiralfeder 85, um eine annähernd konstante Vorspannung über den vollen Bewegungsbereich des Arms 31 auf die Bürste 33 aufzubringen. Eine Spiralfeder 85 mit einer geringer Federkonstanten ist für diese Anwendung besonders geeignet. Die Spiralfeder 85 hat ein Ende 87, das mit dem Vorsprung 49 verbunden ist, einen Zwischenabschnitt 89, der mehrere Male den Vorsprung 49 umgibt, und ein zweites Ende 91, das mit einem mittleren Bereich des Arms 31 verbunden ist, um den Arm 31 fest gegen den Vorsprung 49 und in Richtung auf die Bürste 33 vorzuspannen. (In 1 ist der Zwischenabschnitt 89 der Feder 85 aus Gründen der Klarheit größtenteils weggelassen. Der Zwischenabschnitt 89 der Feder 85 hat neun Windungen, aber in 9 ist aus Gründen der Klarheit eine verminderte Anzahl von Windungen gezeigt.) Wie in 1 gesehen werden kann, entspricht die Bewegung des Arms 31 zwischen den Stellungen A und B nur einem geringen Prozentsatz der Bewegung der Feder 85, was es erforderlich macht, die Feder 85 um den Vorsprung 49 herumzuwickeln, was zu einer annähernd konstanten Vorspannung auf die Bürste 33 während der Lebensdauer der Bürste 33 führt. Ein enges Eingreifen zwischen den Arm 31 und dem Vorsprung 49 ist wichtig, um zu gewährleisten, dass ein guter elektrischer Kontakt hergestellt wird. Alternativ kann die Feder 85 eine Schraubenfeder oder eine Torsionsfeder 85 sein, die zwischen dem Träger und dem Arm 31 verbunden ist und den Arm 31 in Eingriff mit der Bürste 33 vorspannt.

Bei Betrieb, wenn eine Bürste 33 abgenutzt ist, befindet sich der Arm 31 in Stellung A und spannt die Bürste 33 in Kontakt mit dem Kommutator 35 vor. In dieser Stellung befinden sich die Rippen 63, 65 in dem Halter 13 in dem inneren Ende der Nuten 67, 69, was der Nicht-Eingriffsstellung des Anschlags 61 entspricht. Wenn die Bürste 33 durch Eingreifen mit dem Kommutator 35 während des Betriebs des Motors abgenutzt wird, wird die Bürste 33 zunehmend kürzer und beginnt sich in Richtung auf den Kommutator 35 zu bewegen, und zwar infolge der durch den Arm 31 aufgebrachten Vorspannung. Eine solche Bewegung setzt sich fort, bis die Rippen 33, 35 des Halters 13 mit den Endwänden 70, 72 der Nuten 67, 69 eingreifen, was der Eingriffsstellung des Anschlags 61 entspricht. Wenn sich der Anschlag 61 in Eingriff befindet, dann befindet sich der Arm 31 in Stellung B, und eine Bewegung der Bürste 33 durch das innere Ende 25 des Halters 13 ist nicht mehr möglich. In Stellung B befindet sich der Arm 31 außerhalb des inneren Endes des Schlitzes 29. Als eine Folge wird die Bürste 33 fest zwischen dem Arm 31 und den Rippen 63, 65 des Halters 13 gehalten.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass bei der Entwicklung von Bürstenanordnungen ohne Anschlussdraht, aber mit einem elektrisch leitfähigen Vorspannarm 31, herausgefunden wurde, dass eine Verschlechterung des Kommutators 35 und des Arms 31 am Ende der Lebensdauer der Bürste signifikant reduziert werden kann. Es wird angenommen, dass die Verschlechterung durch Vibrationen und Spiel der Bürste 33 am Ende der Lebensdauer der Bürste erzeugt wurde. Das Spiel entstand, da der Arm 31, der mit einem Schlitz 29 in der Seitenwand des Bürstenhalters 13 eingriff und bezüglich seiner Bewegung durch Eingreifen des Arms 31 mit der Endwand 37 des Schlitzes 29 begrenzt war. Wenn sich die Bürste 33 weiter abnutzte, war der Arm 31 nicht mehr in der Lage, die Bürste 33 fest gegen den Kommutator 35 vorzuspannen. Daher war die Bürste 33 Gegenstand von Vibrationen und Funkenbildung zwischen der Bürste 33 und dem Arm 31 sowie zwischen der Bürste 33 und dem Kommutator 35. Daher besteht ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, dass die Bürste 33 fest zwischen dem Arm 31 und den Rippen 63, 65 des Halters 13 gehalten wird, wenn die Bürste 33 abgenutzt wird. Als Folge wird eine Beschädigung des Arms 31 und des Kommutators 35 reduziert. Wenn keine spezielle Maßnahmen vorgesehen sind, um anzugeben, wann die Bürste 33 abgenutzt ist, dann wird der Betrieb des Motors beendet, wenn der elektrische Kontakt zwischen der Bürste 33 und dem Kommutator nicht mehr möglich ist. Die abgenutzte Bürste 33 wird dann durch eine neue Bürste 33 ersetzt. Da die abgenutzte Bürste 33 ersetzt wird, wobei dem Motor weniger Schäden entstanden sind, wird die Lebensdauer des Motors erhöht.

Außerdem gibt es noch weitere Vorteile, die aus der vorliegenden Erfindung resultieren. Wenn gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Bürste ohne Anschlussdraht verwendet wird, dann werden für die Anordnung 11 geringere Herstellungskosten, eine geringere Betriebstemperatur und eine verbesserte Zuverlässigkeit erreicht.

Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass die obige Ausgestaltung lediglich anhand eines Beispiels beschrieben wurde und in keiner Weise als Einschränkung ausgelegt werden soll, und dass verschiedene Abwandlungen und Modifikationen möglich sind, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.


Anspruch[de]
Bürstenhalteranordnung (11) mit

einem Träger,

einem am Träger angebrachten, rohrförmigen Halter (13) mit

ersten und zweiten Seitenwänden (17, 19), die sich in einer ersten Richtung erstrecken, und

einem sich in einer ersten Richtung erstreckenden, durch die Seitenwände des Halters gebildeten Hohlraum (21) mit einem inneren und einem äußeren offenen Ende,

einer verschiebbar im Hohlraum des Halters befestigten Bürste (33) und

einem zwischen der Bürste und dem Halter ausgebildeten Anschlag (61), der eine Nicht-Eingriffsstellung hat, um die teilweise Bewegung der Bürste durch das innere Ende des Halters zu ermöglichen, und der eine Eingriffsstellung hat, um die Bewegung der Bürste durch das innere Ende des Halters zu begrenzen,

dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Halter in der ersten Seitenwand einen Schlitz aufweist, der ein inneres Ende (37) hat, dass die Bürstenhalteranordnung ferner einen schwenkbar an dem Träger befestigten, elektrisch leitfähigen Arm (31) aufweist, der sich durch den Schlitz des Halters erstreckt, in Eingriff mit dem äußeren Ende der Bürste bringbar ist, die Bürste in Richtung auf das innere Ende des Hohlraums vorspannt und nach außen vom Endes Schlitzes beabstandet ist, um auf die Bürste eine Vorspannung auszuüben, wenn sich der Anschlag in einer Eingriffsstellung befindet, und

dass eine Feder (85) zum Vorspannen des Arms in Eingriff mit der Bürste zwischen Träger und Arm verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der

sich vom Träger ein Vorsprung (49) erstreckt und

die Feder (85) eine Spiralfeder ist, ein mit dem Vorsprung verbundenes Ende (87), einen den Vorsprung umgebenden Zwischenabschnitt (89) und ein zum Vorspannen des Arms in Richtung auf die Bürste (33) mit dem Arm (31) verbundenes zweites Ende (91) hat.
Anordnung nach Anspruch 2, bei der der Vorsprung (49) einander gegenüberliegende Seitenwände hat und der Arm ferner eine Basis mit winkelförmig beabstandeten Seitenwänden (75, 77) aufweist, die sich benachbart zu gegenüberliegenden Seiten (81, 83) des Vorsprungs befinden, und der Arm um einen zwischen den abgewinkelt beabstandeten Seitenwänden gebildeten Winkel um den Vorsprung verschwenkbar ist. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der

der Anschlag (61) durch erste und zweite Rippen (63, 65) am Halter und erste und zweite angepasste Nuten (67, 69) gebildet ist, die an der Bürste ausgebildet sind,

die Rippen an ersten und zweiten Seitenwänden (17, 19) des Halters (13) ausgebildet sind und

die Nuten an ersten und zweiten Seitenwänden (55, 57) der Bürste ausgebildet sind, sich vom inneren Ende (51) der Bürste in Richtung auf das äußere Ende (53) der Bürste erstrecken und die ersten und zweiten Rippen (63, 65) zum geführten Bewegen der Bürste (33) im Hohlraum (21) des Halters (13) beim Abrieb der Bürste verschiebbar aufnehmen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Bürste (33) keinen Anschlussdraht aufweist.






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