[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Kohlebürste mit quader- oder zylinderförmiger
Geometrie mit Seiten- oder Stirnflächen, wobei eine Stirnfläche an einen Kommutator
oder Schleifring eines Elektromotors anlegbar ist, umfassend in der Kohlebürste angeordnete
stromführende Litze, gegebenenfalls einen aus Isoliermaterial bestehenden, in Kohlebürstenlängsachse
federvorgespannten Abschaltnippel sowie eine Meldelitze, die mit einem Abschnitt einer
vorzugsweise in Längsrichtung der Kohlebürste verlaufenden ersten Ausnehmung wie Bohrung
angeordnet und lagefixiert ist, um zur Anzeige eines bestimmten Kohlebürstenverbrauchs
durch Wechselwirken mit dem Kommutator oder Schleifring ein Signal zu erzeugen.
[0002] Bei insbesondere für gewerbliche Zwecke bestimmten Maschinen ist es erforderlich,
daß, bevor die Kohlebürste im unzulässigen Umfang abgenutzt und durch den Abschaltnippel
von einem Kommutator oder Schleifring des Motors abgehoben wird, ein Signal auftritt,
das anzeigt, daß in Kürze die Kohlebürsten aufgrund ihres Verbrauches erneuert werden
müssen. In diesem Fall wird die Isolierung der normalerweise isolierten Meldelitze
oder das diese umgebende isolierende Material durch Wechselwirken mit dem Kommutator
und dem Schleifring abgerieben, so daß sodann die Meldelitze selbst in elektrisch
leitenden Kontakt mit dem Kommutator oder Schleifring gelangt, wodurch ein Stromkreis
geschlossen und das gewünschte Signal selbsthaltend freigegeben wird.
[0003] Meldelitzen können zumindest in dem innerhalb der Kohlebürste verlaufendem Abschnitt
zumindest bereichsweise mit Teflon oder einem gleichwirkenden Material ummantelt sein.
Der Abschnitt wird sodann in die Ausnehmung eingeklebt. Damit die Meldelitze aus dem
Klebermaterial nicht herausrutschen kann - Teflon nimmt einen Kleber nicht an -, wird
einerseits dem von Teflon umgebenen Abschnitt eine wellenförmige oder verdrillte Geometrie
aufgeprägt und andererseits der Abschnitt schlaufen- bzw. U-förmig in der Ausnehmung
verlegt. Das Montieren entsprechender Meldelitzen ist erkennbar aufwendig.
[0004] Aus der FR-A 2 223 858 ist es bekannt, eine von einem Isoliermantel umgebene Meldelitze
in einer aus Isoliermaterial bestehenden Hülse anzuordnen, die sich ohne endseitige
Lagefixierung zumindest bereichsweise innerhalb einer entsprechend angepaßten Aussparung
der Kohlebürste erstreckt.
[0005] Um die Hülse selbst definiert in der Kohlebürste festzulegen, verläuft im erheblichen
Abstand zur Kohlebürstenoberfläche ein Absatz, gegen den die Hülse geschoben werden
kann. Bei Paßungenauigkeiten kann der Fall auftreten, daß die Hülse bereits im Abstand
zu der Stufe nicht mehr verschiebbar ist, so daß infolge dessen die Meldelitze zu
spät anzeigen würde, daß eine Erneuerung der Kohlebürste erforderlich ist. Auch kann
ein unkontrolliertes Verschieben der Hülse erfolgen, wodurch eine reproduzierbare
Überwachung des Kohlebürstenverschleißes nicht gewährleistet ist.
[0006] In der EP 0 232 209 A1 werden zu Feststellung einer Kohlebürstenabnutzung optische
Leiter benutzt, über die Lichtsignale gesendet bzw. empfangen werden.
[0007] Aus der DE 28 04 547 A1 ist eine Kohlebürste für Kollektormotoren bekannt, bei der
eine von einem Isoliermantel umgebende Meldelitze in einer Längsbohrung angeordnet
wird.
[0008] Um die Meldelitze eindeutig zu positionieren, müssen geeignete Klebermaterialien
verwendet werden, wobei jedoch insbesondere bei ruckartigen Stößen nicht sichergestellt
ist, daß die Meldelitze nicht verschoben wird.
[0009] Uni diesen Nachteil zu vermeiden, wird nach dem G 84 33 023 U1 eine vorgefertigte
Kunststoffhülse vorgeschlagen, die in eine Bohrung einer Kohlebürste einsteckbar ist.
In das Kunststoffteil selbst wird sodann die Meldelitze eingebracht. Damit die Meldelitze
in der Hülse verbleibt, ist diese geschlitzt, so daß beim Einbringen in die Kohlebürste
die Meldelitze zwischen den zueinander bewegbaren Längshälften der Hülse festgeklemmt
wird. Sofern die Bohrung zur Aufnahme der Hülse im Vergleich zu dessen Außendurchmesser
zu groß ist, ist ein sicheres Halten der Meldelitze nicht gewährleistet. Auch kann
bei hohen Temperaturen ein Schmelzen der Hülse erfolgen, wodurch ein unkontrolliertes
Verschieben der Meldelitze erfolgt.
[0010] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kohlebürste der eingangs
beschriebenen Art so weiterzubilden, daß ein automatengerechtes und problemloses Bestükken
der Kohlebürste mit der Meldelitze erfolgt, wobei außerdem eine einfache und sichere
Lagefixierung der Meldelitze gewährleistet sein soll. Auch soll sichergestellt sein,
daß durch die Lagefixierung der Meldelitze keine Spannungen in der Kohlebürste auftreten,
die insbesondere bei Schichtkohlebürsten zu unzulässigen Rißbildungen führen können.
[0011] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meldelitze über eine von
einer Seitenfläche ausgehende zweite Ausnehmung lagefixiert ist. Dabei wird die Meldelitze
vorzugsweise über die von der Seitenfläche ausgehende zweite Ausnehmung wie Bohrung
in der ersten Ausnehmung festgestampft.
[0012] Alternativ besteht auch die Möglichkeit, durch die zweite Ausnehmung ein Befestigungselement
wie Schraube zur Lagefixierung der Meldelitze einzuführen.
[0013] Durch die erfindungsgemäße Lehre ist es nicht mehr erforderlich, daß die in Längsrichtung
der Kohlebürste verlaufende Bohrung, innerhalb der die Meldelitze verläuft, einen
erheblich größeren Querschnitt als die Meldelitze selbst aufweisen muß, um das zum
Feststampfen benötigte Material einzubringen. Vielmehr kann die Längsbohrung dem Querschnitt
der Meldelitze angepaßt werden, so daß eine hinreichende Restwandstärke verbleibt.
[0014] Dagegen kann die von der Seitenfläche ausgehende Bohrung einen relativ großen Querschnitt
aufweisen, um über diese das Pulver zum Feststampfen der Meldelitze einzubringen und
zu verdichten.
[0015] Vorzugsweise beläuft sich der Querschnitt der zweiten Ausnehmung, also derjenigen,
die senkrecht oder in etwa senkrecht zur Längsachse der Kohlebürste verlaufen sollte,
in etwa dem 1,5-fachen des Querschnitts der ersten Ausnehmung, die erwähntermaßen
in etwa dem der Meldelitze angepaßt ist.
[0016] Um eine sichere Lagefixierung zu gewährleisten, sollte die zweite Ausnehmung im Abstand
L/3 bis L/2 vom freien Ende des innerhalb der Kohlebürste verlaufenden Abschnitts
der Meldelitze verlaufen, dessen Länge innerhalb der Kohlebürste L entspricht.
[0017] In Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich eine Kohlebürste, bei der die Meldelitze
bereichsweise von einer Hülse umgeben ist, die sich innerhalb der ersten Ausnehmung
erstreckt, dadurch aus, daß in der zweiten vorzugsweise senkrecht zur Längsachse der
Kohlebürste verlaufenden Ausnehmung ein Stiftelement angeordnet ist, welches vorzugsweise
oberhalb eines Randes der Hülse und diesen berührend verläuft. Insbesondere ist vorgesehen,
daß die Hülse über die zweite vorzugsweise senkrecht zur Längsachse der Kohlebürste
verlaufenden Ausnehmung in der ersten Ausnehmung festgestampft ist.
[0018] Da die Meldelitze vor Einbringen in die Kohlebürste abgelängt ist, muß sichergestellt
sein, daß das freie Ende abisoliert ist. Hierzu kann vorgesehen werden, daß die Meldelitze
nach dessen Ablängen und gegebenenfalls erfolgter Vorbehandlung in einem Ätzmittel
in einem Kleber vorzugsweise aus Polyurethan-Basis getaucht wird.
[0019] Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0020] Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur
aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination
-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden
bevorzugten Ausführungsbeispielen.
[0021] Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Ausschnitt einer ersten Ausführungsform einer Kohlebürste,
- Fig. 2
- eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kohlebürste im Schnitt
und Seitenansicht,
- Fig. 3
- die Kohlebürste gemäß Fig. 2 in Vorderansicht,
- Fig. 4
- die Kohlebürste gemäß Fig. 2 in Draufsicht,
- Fig. 5
- eine dritte Ausführungsform einer Kohlebürste und
- Fig. 6
- eine vierte Ausführungsform einer Kohlebürste.
[0022] In den Fig. 1 bis 5, in denen grundsätzlich gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen
versehen sind, sind teilweise im Ausschnitt Kohlebürsten (10) bzw. (60) dargestellt,
in denen eine stromführende Litze (12) und ein Abschaltnippel (14) angeordnet sein
können (Fig. 1). Der Abschaltnippel (14) besteht aus isolierendem Material und ist
in Richtung der Längsachse (16) der Kohlebürste (10) vorzugsweise mittels einer Schraubenfeder
(18) federvorgespannt.
[0023] Sowohl die Litze (12) als auch der Abschaltnippel (14) sind mittels Einstampf- wie
Metallpulver (20) bzw. (22) eingestampft. Zwischen dem den Abschaltnippel (14) abdeckenden
Einstampfpulver (22) und der diesem zugewandten Stirnseite kann zusätzlich ein Isolierplättchen
(24) angeordnet sein, an dem sich die Schraubenfeder (18) abstützt.
[0024] Die insoweit beschriebenen Elemente sind aus dem Stand der Technik bekannt und können
auch bekannte Modifizierungen erfahren.
[0025] Innerhalb der Kohlebürste (10) verläuft des weiteren ein Abschnitt (26) einer Meldelitze
(28). Über die Meldelitze (28) soll ein Signal ausgelöst werden, nämlich dann, wenn
die mit einem nicht dargestellten Kommutator oder Schleifring wechselwirkende Kohlebürste
(10) in einem Umfang abgenutzt ist, daß ein Erneuern angebracht ist, also bevor die
Kohlebürste (10) in einem Umfang verbraucht ist, daß der Abschaltnippel (14) die Kohlebürste
von dem Schleifring bzw. dem Kommutator abhebt.
[0026] Die Meldelitze (28), die im Ausführungsbeispiel in einer parallel zur Längsachse
(16) der Kohlebürste (10) velaufenden Ausnehmung wie abgesetzte Bohrung (30) verläuft,
ist isoliert. Zumindest der in der Bohrung (30) verlaufende Abschnitt (26) kann zusätzlich
von Teflonmaterial (31) umgeben sein.
[0027] Der sich in der Bohrung (30) erstreckende Abschnitt (26) der Meldelitze (28) verläuft
in Längsrichtung der Bohrung (30).
[0028] Der Abschnitt (26) der Meldelitze (28) ist bereichsweise von einer Hülse (32) umgeben,
die einen flanschartig ausgebildeten oberen Rand (34) aufweist, der bei montierter
Meldelitze (28) an einem Absatz (36) der abgestuften Bohrung (30) anliegt.
[0029] Der Abschnitt (26) steht über der Hülse (32) vor, so daß sich das freie Ende (38)
des Abschnittes (26) in einem Raum (44) erstreckt, der zwischen dem Boden (42) der
Bohrung (30) und dem unteren Rand der Hülse (32) verläuft. Da das freie Ende (38)
der Meldelitze (28) abisoliert ist, kann eine Isolierung gegebenenfalls mit einem
Klebermaterial erfolgen, um nicht vorzeitig ein Signal zu erzeugen, das ansonsten
durch beim Ablaufen der Kohlebürste erzeugten Kohlenstaub hervorgerufen werden könnte.
[0030] Damit die Meldelitze (28) zu der Hülse (32) nicht verrutschen kann, werden diese
miteinander z.B. durch Crimpen verquetscht. Dieser Bereich ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen
(40) gekennzeichnet.
[0031] Der flanschartige Rand oder Bund (34) ist in bezug auf die freie Oberfläche (46)
der Seite der Kohlebürste (10) zurückversetzt angeordnet, von der die abgestufte Bohrung
(30) ausgeht.
[0032] Um die Hülse (32) und damit die Meldelitze (28) eindeutig zu positionieren, kann
die Hülse in der Kohlebürste durch Klebermaterial oder durch einen Stift lagefixiert
werden. Dies soll an Hand der Fig. 2 bis 5 erläutert werden.
[0033] So ist in den Fig. 2 bis 4 eine Schichtkohlenbürste (60) dargestellt, die aus zusammengeklebten
Schichten (62) und (64) besteht. Von der Stirnfläche (66) der Kohlebürste (60) geht
einerseits die abgestufte Bohrung (30) für die nicht dargestellte Meldelitze (28)
und andererseits eine schräg verlaufende Bohrung (68) für eine stromführende Litze
aus.
[0034] In die Bohrung (30) wird die Hülse (32) mit der nicht dargestellten Meldelitze eingebracht,
wobei der Rand (34) der Hülse (32) auf dem Absatz (36) der gestuften Bohrung (30)
aufliegt. Dieser Absatz (36) kann durch eine beliebige Querschnittsveränderung hervorgerufen
werden.
[0035] Um ein unkontrolliertes axiales Verschieben der Hülse (32) auszuschließen, verläuft
von einer Seitenfläche (72) der Schicht (64) der Kohlebürste (60) eine senkrecht zur
Längsachse (16) der Kohlebürste (60) sich erstreckende Ausnehmung wie Bohrung (74),
in die ein Stift einbringbar ist. Dabei ist die Bohrung (74) bzw. der Stift dimensionsmäßig
so ausgelegt, daß der Stift (76) die Umfangsfläche des Randes (34) berührt.
[0036] Da sich die Bohrung (74) ausschließlich in einer der Schichten der Kohlebürste (60)
erstreckt, können Spannungen zwischen den Schichten nicht auftreten, durch die ein
Auseinanderplatzen oder das Ausbilden von Haarrissen in der Kohlebürste (60) ausgeschlossen
ist.
[0037] Die Lagefixierung der Hülse (32) in der Bohrung (30) der Kohlebürste (70) nach Fig.
5 erfolgt durch Klebermaterial, welches in den Raum (78) dosiert eingebracht wird,
der sich zwischen der Oberfläche (80) der Kohlebürste (70) und der oberen freien Fläche
des Bundes (34) der Hülse (32) erstreckt.
[0038] Da das Klebermaterial -angedeutet durch die geschwärzten Ecken (82) und (84)- erst
nach Positionieren der Hülse (32) in der Bohrung (30), also nach dem Aufliegen des
Randes (34) auf dem Absatz (36) der Bohrung (30) eingebracht wird, gelangt nur eine
geringe Klebermenge in den Bereich zwischen Hülse (32) bzw. deren Rand (34) und der
Wandung der Bohrung (30). Dies wiederum hat zur Folge, daß Wärmedehnungen nicht zu
Rissen führen können.
[0039] Zu erwähnen ist noch, daß eine Lagefixierung der Hülse (32) auch dadurch erfolgen
kann, daß der Stift (76) nicht oberhalb des Bundes (34) verläuft, sondern sich seitlich
entlang der Hülse erstreckt und diese tangential berührt, um eine Lagefixierung zu
erreichen. Auch besteht die Möglichkeit, die Hülse durch ein von einer Seitenfläche
und vorzugsweise senkrecht zur Längsachse der Hülse verlaufende Ausnehmung dadurch
lagezufixieren, daß in diese z.B. Kohlenstoffmaterial eingestampft wird. Auch kann
eine Lagefixierung durch z.B. ein Befestigungselement wie Schraube erfolgten.
[0040] In der Fig. 6 ist ein Querschnitt einer Kohlebürste (100) dargestellt, die eine quaderförmige
Geometrie aufweist.
[0041] Parallel zur Längsachse (112) der Kohlebürste sind Bohrungen (114) und (116) vorgesehen.
In der Bohrung (114) ist ein Abschaltnippel (118) angeordnet. Der Abschaltnippel (118)
besteht aus einem isolierenden Material und ist in Richtung der Längsachse (112) der
Kohlebürste vorzugsweise mit einer nicht näher bezeichneten Schraubenfeder vorgespannt.
[0042] Koaxial zum Abschaltnippel (118) und oberhalb von diesem verläuft eine stromleitende
Litze (120).
[0043] In der Längsbohrung (116) ist eine Meldelitze (122) angeordnet, die sich mit einem
Abschnitt (124) der Länge L innerhalb der Bohrung (116) erstreckt. Der Querschnitt
der Bohrung (116) entspricht in etwa dem der Meldelitze (122).
[0044] Die Meldelitze (122) ist innerhalb der Bohrung (116) isoliert. Hierzu ist die Meldelitze
(122) bzw. dessen in der Bohrung (116) vorhandene Abschnitt (124) vorzugsweise mit
Teflon ummantelt. Die Meldelitze (122) ist endseitig mit einem Ätzmittel vorbehandelt
worden, um sodann in einen vorzugsweise aus Polyurethan bestehenden Kleber eingetaucht
zu werden. Somit ist das sich in der Bohrung (116) erstreckende freie Ende mit einem
Kleber isoliert.
[0045] Das freie mit dem Kleber umgebene Ende (126) der Meldelitze (122) verläuft unterhalb
des Abschaltnippels (118). Folglich gelangt bei Abnutzung der Kohlebürste (110) zunächst
das Ende (126) mit einem nicht dargestellten Kommutator oder Schleifring in elektrisch
leitende Verbindung, bevor die Kohlebürste (110) über den Abschaltnippel (118) von
dem Kommutator bzw. Schleifring abgehoben wird. Durch die stromleitende Verbindung
zwischen der Meldelitze und dem Kommutator bzw. dem Schleifring wird ein Signal ausgelöst,
durch das angezeigt wird, daß die Kohlebürste (110) zu erneuern ist.
[0046] Um die Meldelitze (122) in der gewünschten Position innerhalb der Längsbohrung (116)
festzulegen, geht von einer Seitenfläche (128) der Längsbohrung (116) eine Querbohrung
(130) aus, die vorzugsweise senkrecht zur Längsachse (112) der Kohlebürste (110) verläuft.
Über die Querbohrung (130) wird nun z. B. aus Kupfer oder aus Eisen bestehendes Pulver
oder Kohlenstoff eingebracht, um die Meldelitze (122) bzw. den Abschnitt (124) festzustampfen,
um diesen also unverrückbar in der Längsbohrung (116) zu fixieren. Dabei kann der
Querschnitt der Querbohrung (130) erheblich größer als der der Meldelitze (122) sein,
um in erforderlichem Umfang das zum Feststampfen benötigte Pulver einzubringen und
zu verdichten.
[0047] Anstelle von festzustampfenden Pulver kann in die Querbohrung (130) auch eine Schraube
oder ein anderes Befestigungselement eingebracht werden, mittels dessen die Lagefixierung
des Abschnitts (124) und damit der Meldelitze (122) erfolgt.
[0048] Vorzugsweise entspricht der Querschnitt der Querbohrung (130) dem 1,5-fachen der
Meldelitze (122).
[0049] Die Querbohrung (130) sollte des weiteren etwa im Abstand vom L/3 bis L/2 zum freien
Ende (126) des Abschnitts (124) der Meldelitze (122) verlaufen.
1. Kohlebürste (110) mit quader- oder zylinderförmiger Geometrie mit Seiten- oder Stirnflächen,
wobei eine Stirnfläche an einen Kommutator oder Schleifring eines Elektromotors anlegbar
ist, umfassend in der Kohlebürste angeordnete stromführende Litze (120), gegebenenfalls
einen aus Isoliermaterial bestehenden, in Kohlebürstenlängsachse federvorgespannten
Abschaltnippel (118) sowie eine Meldelitze (122), die mit einem Abschnitt (124) einer
vorzugsweise in Längsrichtung (112) der Kohlebürste verlaufenden ersten Ausnehmung
(116) wie Bohrung angeordnet und lagefixiert ist, um zur Anzeige eines bestimmten
Kohlebürstenverbrauchs durch Wechselwirken mit dem Kommutator oder Schleifring ein
Signal zu erzeugen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meldelitze (122, 124) über eine von einer Seitenfläche (128) der Kohlebürste
(110) ausgehenden zweiten Ausnehmung (130) lagefixiert ist.
2. Kohlebürste nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meldelitze (122) über die von der senkrecht oder nahezu zu der ersten Ausnehmung
((116) verlaufenden Seitenfläche (128) ausgehende zweite Ausnehmung wie Bohrung (130)
in der ersten Ausnehmung (116) festgestampft oder über ein die zweite Ausnehmung (130)
durchsetzendes Befestigungselement wie Schraube lagefixiert ist.
3. Kohlebürste nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Querschnitt der zweiten Ausnehmung (130) größer als der der ersten Ausnehmung
(116) ist, vorzugsweise dem 1,5-fachen des Querschnitts der ersten Ausnehmung (116)
entspricht.
4. Kohlebürste nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Meldelitze
bereichsweise von einer Hülse (32) umgeben ist, die sich innerhalb der ersten Ausnehmung
erstreckt,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der zweiten vorzugsweise senkrecht zur Längsachse (16) der Kohlebürste (60)
verlaufenden Ausnehmung (74) ein Stiftelement (76) angeordnet ist, welches vorzugsweise
oberhalb eines Randes (34) der Hülse (32) und diesen berührend verläuft.
5. Kohlebürste nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hülse (32) über die zweite vorzugsweise senkrecht zur Längsachse (16) der
Kohlebürste (60) verlaufenden Ausnehmung (74) in der ersten Ausnehmung (30) festgestampft
ist.
6. Kohlebürste nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der flanschartige Rand (34) der Hülse (32) spielfrei oder im wesentlichen spielfrei
zwischen einem Absatz (36) der ersten Ausnehmung (30) wie abgesetzter Bohrung und
dem Stiftelement (76) angeordnet ist.
7. Kohlebürste nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich innerhalb der zweiten Ausnehmung (74) ein die Hülse (32) lagefixierendes
Stiftelement (76) erstreckt.
8. Kohlebürste nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kohlebürste
eine Schichtkohlebürste (60) ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite, vorzugsweise senkrecht zur Längsachse (16) der Kohlebürste (60) verlaufende
Ausnehmung (74) ausschließlich innerhalb einer der Kohlebürstenschichten (62, 64)
verläuft.
9. Kohlebürste nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der innerhalb der Kohlebürste (110) verlaufende Abschnitt (124) der Meldelitze
(122) eine Länge L aufweist und die zweite Ausnehmung (130) im Abstand L/3 bis L/2
vom freien Ende der Meldelitze verläuft.