DE29805259U1

DE29805259U1 - Kommutierungsbürste für elektrische Kommutatormaschinen

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Publication number: DE29805259U1
Application number: DE29805259U
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-03-24
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2008-03-25
Also published as: GB2335801A; GB2335801B; AT412046B; ATA37299A; FR2776847A1; FR2776847B1; GB9906589D0

Description

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10.2.1998

ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart

Kommutierunqsbürste für elektrische Kommutatormaschinen

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kotranutierungsburste für elektrische Kommutatormaschinen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei einer Elektrohandwerkzeugmaschine, insbesondere Winkelschleifmaschine ( 297 16 2h5.H ) ist bereits schon vorgeschlagen worden, die Kommutierungsbürste des Elektromotors, auch Stromwenderbürste, Kollektorbürste oder Kohlebürste genannt, im Bereich des Kopfes ihres aus Kohlematerial bestehenden Bürstenkörpers um einen axialen Fortsatz zu verlängern, der als Fassung für das Abschaltorgan dient und so bemessen ist, daß in die zwischen der Verlängerung der oberen Stirnfläche und den Verlängerungen der Seitenflächen gebildete obere Außenkontur die Bürstenandruckfeder zum Andrücken der Kohlebürste eintauchen kann. Das Abschaltorgan ist in einer in die Verlängerung eingebrachten Sackbohrung aufgenommen, und die Sackbohrung ist durch Einstampfen von Kohlewerkstoff oder Metallpulver

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verschlossen. Auch das Ende der Elektrolitze ist mit etwas Abstand von der Verlängerung in einer seitlichen Ausnehmung im Kohlekörper eingestampft. Durch die Verlängerung wird erreicht, daß bei voller Ausnutzung des in der Elektrohandwerkzeugmaschine zur Verfugung stehenden Einbauraums für die Kohlebürste das Abschaltorgan weiter weg vom Fuß des Bürstenkörpers liegt und die abnutzbare Länge des Bürstenkörpers bis zum Freilegen des Absehaltorgans um ca. 2 3 mm größer wird als bei herkömmlichen Kommutierungsbürsten, so daß sich die Standzeit der Elektrohandwerkzeugmaschine bis zum nächsten Bürstenwechsel um ca. 20 - 30 Std. verlängert.

Bei einer solchen Kommutierungsbürste kann aus technischen Gründen das Mindestemaß des Abschaltorgans in Verschieberichtung der Kommutierungsbürste einschließlich des Einstampfbereichs für das Abschaltorgan nicht unter ca. 7 mm verkleinert werden. Bei Elektrohandwerkzeugmaschinen ist der Griffumfang im Bereich des Elektromotors für die Handführung der Maschine bestimmt und soll ein maximales Maß nicht überschreiten, so daß für den Einbau der Kommutierungsbürste einschließlich des Bürstenköchers und der Andruckfeder nur ein beschränktes radiales Einbaumaß zur Verfügung steht. Andererseits ist die Lebensdauer der Kommutierungsbürste, und damit die Standzeit der Elektrowerkzeugmaschine, von der Länge des zur Abnutzung zur Verfügung stehenden Teils des Bürstenkörpers abhängig, so daß hier ein Kompromiß aus Griffumfang und Bürstenkörperlänge unumgänglich ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kommutierungsbürste mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat dem gegenüber den Vorteil, daß die im Bürstenkörper verankerte Kappe aus elektrisch leitendem Material, die eine nur geringe Bauhöhe aufweist, das Abschaltorgan in seiner Lage hält. Damit entfällt das für das EinstampfVorgang vorzuhaltende Volumen im Einsenkraum für das

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Absehaltorgan, und der nutzbare Teil des Bürstenkörpers kann um die eingesparte Stampfhöhe vergrößert werden. In einem realen Ausführungsbeispiel vergrößert sich dadurch die nutzbare Bürstenlänge um ca. 3 mm. Im Vergleich zu der eingangs beschriebenen Kommutierungsbürste besitzt der Bürstenkörper eine einfache quaderförmige Geometrie und läßt sich damit kostensparend herstellen.

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

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Kappe aus Federblech gefertigt und die Verankerung der Kappe im Bürstenkörper erfolgt mittels im Kappenrand freigeschnittener und ausgebogener Krallen, die in Ausnehmungen im Bürstenkörper eingedrückt werden. Die selbstsperrenden Krallen sind im Fertigungsprozeß einfach zu realisieren und verhindern das Lösen der Kappe im nicht eingebauten Zustand. Im eingebauten Zustand der Kommutierungsbürste hält die Bürstenfeder die Kappe zusätzlich in ihrer Lage.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Kappe als U-förmige Aufschiebebügel zum Aufschieben auf den Bürstenkörper ausgebildet, die mit ihren beiden über den Kappenboden verbundenen U-Schenkeln den Bürstenkörper auf zwei voneinander abgekehrten Seiten übergreift und mit zwei von den U-Schenkeln nach innen vorstehenden Längsrippen in dort in dem Bürstenkörper eingeformte Längsnuten formschlüssig eingeschoben ist. Die beiden Längsrippen werden dabei vorzugsweise durch Umbiegen der freien Enden der U-Schenkel um 90° nach innen gewonnen.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stehen an mindestens einem Kappenrand der Kappe zwei voneinander beabstandete Lappen rechtwinklig über die vom Bürstenkörper abgekehrte Außenseite des Kappenbodens vor. Diese Lappen dienen einerseits der Führung der Bürstenfeder und verhindern ein seitliches Wegrutschen des auf die Kappe sich aufdrückenden Federschenkels der Bürstenfeder und bilden andererseits bei weitgehend abgenutztem Bürstenkörper eine Vergrößerung der Führung der Kommutierungsbürste im Bürstenköcher.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine für die Stromführung zu und von der Kommutierungsbürste erforderliche Elektrolitze an einem Ohr angebondet, das von dem Kappenboden absteht. Dadurch wird eine einfachere Herstellung erzielt, da der sonst übliche Einstampfvorgang der Elektrolitze in den Bürstenkörper entfällt. Allerdings muß in einigen Grenztoleranzen ein etwas verschlechterter Stromübergang in Kauf genommen werden.

Will man dieses vermeiden, so ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung im Kappenboden eine Ausnehmung vorzusehen und die Elektrolitze durch diese Ausnehmung hindurch im Bürstenkörper zu verankern. Die Verankerung erfolgt wie üblich durch Einstampfen des Litzenendes in das Burstenkorpermaterxal. Die Verankerung der Elektrolitze erfolgt im gleichen Kopfabschnitt des Bürstenkörpers, in dem auch das Abschaltorgan eingesenkt ist und der von der Kappe übergriffen ist. In beiden Fällen erfolgt damit die Verlagerung des Anschlußpunktes der Elektrolitze weg von dem nutzbaren Abschnitt des Bürstenkörpers, so daß sich die Nutzlänge der Kommutierungsbürste bei unverändertem Bürsteneinbaumaß im Elektromotor vergrößert und damit die Lebensdauer der Kommutierungsbürste verlängert.

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Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen jeweils in teilweise schematisierter Darstellung:

Fig. 1 eine Stirnansicht einer in einem Bürstenköcher aufgenommenen Kommutierungsbürste in Richtung Pfeil I in Fig. 2,

Fig. 2 eine Ansicht von Kommutierungsbürste mit

Bürstenköcher in Richtung Pfeil II in Fig. 1,

Fig. 3 eine gleiche Ansicht der Kommutierungsbürste

ohne Bürstenköcher wie in Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 einen Ausschnitt V in Fig. 4 einer modifizierten

Kommutierungsbürste.

Fig. 6 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 5 einer Kommutatorbürste gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist mit 10 ein Kommutator, Stromwenders oder Kollektors einer Kommutatormaschine, vorzugsweise eines Kommutatormotors, angedeutet, auf dessen Außenumfang eine axial verschieblich geführte Kommutierungsbürste 11, auch Stromwenderbürste, Kollektorbürste oder Kohlebürste genannt, mittels einer Bürstenfeder 21 radial aufgedrückt ist. Die Kommutierungsbürste 11 ist axial verschieblich in einem sog. Bürstenköcher 12 aufgenommen, der auf einem im

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Maschinengehäuse gehaltenen Bürstenträger befestigt ist. Insgesamt sind am Kommutator 10 eine der Anzahl der Erregerpole der Maschine entsprechender Zahl von Bürstenköchern 12 um gleiche Drehwinkel zueinander versetzt Umfang des Kommutators 10 verteilt angeordnet.

Die in Fig. 3 in Seitenansicht, in Fig. 4 im Schnitt und in Fig. 1 und 2 in ihrer Anordnung im Bürstenköcher 12 dargestellte Kommutierungsbürste 11, weist einen Bürstenkörper 13 aus elektrisch leitendem Material, im allgemeinen Kohlematerial, auf, an dessen Fuß eine dem Außenumfang des Kommutators 10 entsprechend gerundete Anlagefläche 131 zum Aufsetzen auf den Kommutator 10 ausgebildet ist. Auf dem vom Fuß abgekehrten Kopf des Bürstenkörpers 13 ist eine flache, tassenförmige Kappe 14 aus elektrisch leitendem Material aufgesetzt, die im Ausführungsbeispiel aus Federblech gefertigt ist, und einen die Kopfstirnfläche des Bürstenkörpers 13 überziehenden Kappenboden 142 und einen den Kopf kragenförmig umschließenden Kappenrand 141 aufweist. Wie aus Fig. 4 deutlich erkannt werden kann, ist die Kappe 14 mittels Krallen 15 im Bürstenkörper 13 verankert. Die Krallen 15 sind auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Kappenrands 141 ausgeschnitten und in im Bürstenkörper 13 vorgesehenen Ausnehmungen 16 eingedrückt. Dabei ist es vorteilhaft, daß die der Krallenwurzel gegenüberliegende, freigeschnittene Krallenkante 151 zum Kappenboden 142 weist und sich an einer quer zur Bürstenkörperachse ausgerichteten Schulter 161 in der Ausnehmung 16 abstützt. Durch diese Ausbildung der Krallen 15 verursacht eine in Abziehrichtung der Kappe 14 vom Bürstenkörper 13 auf die Kappe 14 wirkende Zugkraft eine zum Grund der Ausnehmung 16 hin gerichtete Kraftkomponente auf die Krallen 15, so daß sich die freie Krallenkante 151 stärker zum Grund der Ausnehmung 16 hin neigt und damit eine absolut sichere, nicht lösbare Festlegung der Kappe 14 am Bürstenkörper 13 gewährleistet. Der Grund der Ausnehmungen 16 kann dabei parallel zur Seitenfläche des

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Bürstenkörpers 13 (Fig. 4) oder unter einem spitzen Winkel zur Seitenfläche des Bürstenkörpers 13 (Fig. 5) verlaufen. Im Ausführungsbeispiel der Zeichnung sind auf jeder der beiden gegenüberliegenden Seiten des Kappenrands 141 zwei voneinander beabstandete Krallen 15 vorgesehen, deren Anzahl jedoch variiert werden kann.

Die auf den Kopf des Bürstenkörpers 13 aufgesetzte Kappe 14 dient zur Festlegung eines Abschaltorgans 17, das in einer von der Kopfstirnfläche des Bürstenkörpers 13 aus in den Bürstenkörper 13 axial eingebrachten Sackbohrung 18 aufgenommen ist. Das Abschaltorgan 17 umfaßt ein etwa pilzförmiges Abdrückglied 19 aus elektrisch nichtleitendem Material, z.B. Kunststoff, das in der Sackbohrung 18 axial verschieblich einliegt, und eine Druckfeder 20, die sich einerseits am Pilzkopf des Abdrückglieds 19 und andererseits an der Innenfläche des Kappenbodens 142 der Kappe 14 abstützt und den Pilzkopf des Abdrückglieds 19 unter Vorspannung an den Bohrungsgrund der Sackbohrung 18 andrückt. Die Funktion des Abschaltorgans 17 besteht darin, daß der Elektromotor abgeschaltet wird, wenn die Kommutierungsbürste 11 ihren maximalen Abnutzungsgrad erreicht hat. Dies ist der Fall, wenn der Bürstenkörper 13 sich durch Verschleiß soweit verkürzt hat, daß der Bohrungsgrund der Sackbohrung 18 freigegelegt wird. In diesem Fall wird das Abdrückglied 19 von der Druckfeder 20 gegen die Kommutatoroberfläche 10 gepreßt und die Kommutierungsbürste 11 gegen die Kraft der Bürstenfeder (Fig. 1) vom Kommutator 10 abgehoben, so daß der Stromkreis der elektrischen Maschine unterbrochen ist. Um Beschädigungen des Kommutators 10 zu verhindern, sind die Tiefe der Sackbohrung 18 und die Höhe des Kappenrands 141 der Kappe so aufeinander abgestimmt, daß der Bohrungsgrund der Sackbohrung 18 freigelegt wird, noch bevor die Unterseite des Kappenrands 141 den Kommutator 10 erreicht. Die Tiefe der Sackbohrung 18 muß damit in jedem Fall größer sein als die Höhe der Kappe 14.

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Wie in Fig. 3 und 4 illustriert ist, stehen an mindestens einer Seite des viereckförmigen Kappenrands 141 der Kappe zwei voneinander beabstandete Lappen 22,23 rechtwinklig über die vom Bürstenkörper 13 abgekehrte Außenseite des Kappenbodens 142 vor. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und sind jeweils zwei solche Lappen 22,23 auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Kappenrands 141 vorgesehen, wobei dies die gleiche Seiten des Kappenrands 141 sind, in denen auch die Krallen 15 freigeschnitten sind. Der Abstand zwischen den beiden Lappen 22,23 ist dabei so bemessen, daß der auf der Außenseite des Kappenbodens 142 sich aufdrückende Federschenkel 211 der Bürstenfeder 21 seitlich zwischen den Lappen 22,23 geführt ist. Die Anordnung der Lappen 22,23 auf den einander gegenüberliegenden Seiten des Kappenrands 141 erlaubt es, daß die Kommutierungsbürste 11 auch um 180° um ihre Längsachse gedreht in den Bürstenköcher 12 eingesetzt werden kann und dabei wiederum der Federschenkel 211 der Bürstenfeder 21 zwischen den Lappen 22,23 geführt ist. Wie üblich, weist der Bürstenköcher 12 einen Seitenschlitz auf, durch den seitlich der Federschenkel 211 der als Spiralfeder ausgeführten Bürstenfeder 21 greift und der abnutzungsbedingten Verschiebung der Kommutierungsbürste 11 in Richtung zum Kommutator 10 folgen kann.

Zum elektrischen Anschluß der Kommutierungsbürste 11 ist eine Elektrolitze 24 vorgesehen, deren Ende an die Kappe 14 geführt und dort mechanisch festgelegt ist. Hierzu ist an einer Ecke der Kappe 14 ein Ohr 25 ausgebogen, das über die Außenseite des Kappenbodens 142 mit etwa gleicher Höhe wie die Lappen 22,23 vorsteht. An dieses Ohr 25 ist das Ende der Elektrolitze 24 angebondet.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel der Kommutierungsbürste ist die Kappe 14' nicht tassenförmig sondern bügeiförmig mit einem U-Profil ausgebildet, die mit ihren vom Kappenboden 142' rechtwinklig abstehenden U-

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Schenkeln 143' und 144' den Bürstenkörper 13 auf voneinander abgekehrten Seiten übergreift und dort mit von den U-Schenkeln 143',144' nach innen abstehenden Längsrippen 26 in dort in den Bürstenkörper 13 eingeformte Nuten 27 formschlüssig eingreift. Wie in Fig. 6 ersichtlich ist, sind die Längsrippen 26 durch Abwinkein der freien Enden der beiden U-Schenkel 143' und 144' um 90° nach innen gewonnen. Die Kappe 14' wird auf den Kopf des Bürstenkörpers 13 aufgeschoben, wobei die Längsrippen 26 in den Nuten 27 geführt werden und schließlich die Kappe 14' mit dem Kappenboden 142' auf der Stirnseite des Bürstenkörpers 13 verklemmen. Das auch hier im Bürstenkörper 13 eingesenkte Abschaltorgan ist in der Schnittdarstellung der Fig. 6 nicht zu sehen.

Im Unterschied zu der Kommutierungsbürste gemäß Fig. 1-4 ist die Elektrolitze 24 bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 nicht an der Kappe 14' angebondet, sondern in der Stirnseite des Bürstenkörpers 13 verankert, wobei die Verankerung in herkömmlicher Weise durch Einstampfen des Litzenendes in das Material des Bürstenkörpers 13 vorgenommen wird. Die Verankerung der Elektrolitze 24 erfolgt nahe dem von der Aufschiebeseite der bügeiförmigen Kappe 14' abgekehrten Seite des Bürstenkörpers 13, so daß das Abschaltorgan parallel zur Litzenverankerung in den gleichen Stirnabschnitt des Bürstenkörpers 13 eingesenkt werden kann. Zum Zwecke des AufSchiebens der Kappe 14' auf den Bürstenkörper 13 ist im Kappenboden 142' eine Ausnehmung 28 vorgesehen, die an der in Aufschieberichtung vorn liegenden Kante des Kappenbodens 142' frei endet. Die Breite der Ausnehmung 28 ist größer gemacht als der Durchmesser der Elektrolitze 24, so daß die Kappe 14' ohne Behinderung durch die Elektrolitze 24 auf den Kopf des Bürstenkörpers 13 aufgeschoben werden kann, wobei die Ausnehmung 28 die Elektrolitze 24 umgreift.

Claims

10 R. 33236 10.2.1998 ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart 10 Ansprüche 15

1. Kotnmutierungsbürste für elektrische Kommutatormaschinen mit einem abnutzbaren Bürstenkörper (12) aus elektrisch leitendem Material, an dessen Fuß eine Anlagefläche (131) zum Aufsetzen auf einen Kommutator (10) ausgebildet ist und mit einem in den Kopf des Bürstenkörpers (13) eingesenkten Abschaltorgan (17), das bei einem Abtrag des Bürstenkörpers (13) bis auf eine vorbestimmte Restlänge freiliegt und die Stromzuführung unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf des Bürstenkörpers (13) von einer im Bürstenkörper (13) verankerten, flachen Kappe (14) überdeckt ist, an der sich das Abschaltorgan (17) abstützt.

2. Kommutierungsbürste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (14) aus Federblech gefertigt ist.

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3. Kommutierungsbürste nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerung der Kappe (14) im Bürstenkörper (13) mittels im Kappenrand (141) freigeschnittener und ausgebogener Krallen (15) erfolgt, die in Ausnehmungen (16) im Bürstenkörper (13) eingedrückt sind.

4. Kommutierungsbürste nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Krallen (15) so ausgebildet sind, daß jeweils eine der freigeschnittenen Krallenkanten (151) auf der dem Kappenboden (142) zugekehrten Krallenseite parallel zum Kappenboden(142) verläuft, daß die in den Bürstenkörper (13) eingebrachten Ausnehmungen (16) zur Kopfstirnfläche des Bürstenkörpers (13) hin jeweils durch eine quer zur Bürstenkörperachse ausgerichtete Schulter (161) begrenzt sind und daß die Krallen (15) so ausgebogen sind, daß die parallelen Krallenkanten (151) die Schultern (161) hintergreifen.

5. Kommutierungsburste nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (14) bügeiförmig mit einem U-Profil ausgebildet ist und mit vom Kappenboden (142') rechtwinkelig abstehenden U-Schenkeln (143',144') den Bürstenkörper (13) übergreift und daß die Verankerung der Kappe (14) mittels von den U-Schenkeln (143',144') nach innen vorstehender Längsrippen (26) erfolgt, die in in den Bürstenkörper (13) eingeformten Nuten (27) formschlüssig eingeschoben sind.

6. Kommutierungsbürste nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer Seite des Kappenrands (141) der Kappe (14) zwei voneinander beabstandete Lappen (22,23) rechtwinklig über die vom Bürstenkörper (13) abgekehrte Außenseite des Kappenbodens

(142) vorstehen.

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7. Kotnmutierungsburste nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden Lappen (22,23) so bemessen ist, daß ein auf der Außenseite des Kappenbodens (142) sich aufdrückender Federschenkel (211) einer Bürstenfeder (21) zum Andruck des Bürstenkörpers (13) an den Kommutator (10) zwischen den Lappen (22,23) geführt ist.

8. Kommutierungsbürste nach einem der Ansprüche 1-7,

dadurch gekennzeichnet, daß an der Kappe (14) ein Ohr (25) absteht, an dem eine Elektrolitze (24) zur Stromführung angebondet ist.

9. Kommutierungsbürste nach einem der Ansprüche 1-8,

dadurch gekennzeichnet, daß im Kappenboden (142') der Kappe (14¹) eine Ausnehmung (28) vorgesehen ist, durch die hindurch eine in dem Bürstenkörper (13) verankerte Elektrolitze (24) zur Stromführung hindurchgeführt ist.

10. Kommutierungsbürste nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschaltorgan (17) in einer vom Kopf des Bürstenkörpers (17) aus axial in den Bürstenkörper (17) eingebrachten Sackbohrung (18) einliegt und ein in der Sackbohrung (18) verschieblich geführtes Abdrückglied (19) aufweist, das von einer sich an dem Kappenboden (142) und am Abdrückglied (19) abstützenden Druckfeder (20) an den Bohrungsgrund der Sackbohrung (18) angedrückt ist.