DE10344717A1

DE10344717A1 - Stromübertragungsverbindung an eine Kohlebürste für einen Elektromotor

Info

Publication number: DE10344717A1
Application number: DE10344717A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Kaesdorf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2005-02-24

Abstract

Eine Stromübertragungsverbindung (1) an eine Kohlebürste (3) für einen Elektromotor umfasst ein elektrisch leitendes Kontaktelement (2) und die aus Kohlenstoff bestehende Kohlebürste (3). Diese ist als Zwei-Schicht-Kohlebürste ausgebildet. Die mit dem Kontaktelement (2) zu verbindende Schicht (9) besteht aus einem massiven und elektrisch leitenden Metallmaterial und ist mit dem Kontaktelement (2) verschweißt. Dadurch wird eine feste Verbindung ohne komplizierte und kostenintensive Klemmverbindung ermöglicht und ein optimaler Übertragungswiderstand über die gesamte Lebensdauer der Stromübertragungsverbindung gesichert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromübertragungsverbindung an eine Kohlebürste für einen Elektromotor, im Wesentlichen bestehend aus einem elektrisch leitenden Kontaktelement und der aus Kohlenstoff bestehenden Kohlebürste.

Bekannt ist ein Schleifbürstenhalter für elektrische Maschinen bzw. Elektromotoren, bei welchem die Kohlenbürste einen einstückig mit dem Halter ausgebildeten Ansatz geringeren Querschnitts aufweist. Der Ansatz durchsetzt eine Durchbrechung eines Federelementes und ist über federnde Laschen fixiert.

Aus der DE 24 12 578 A1 ist ein elektromotorisch betriebenes Kleingerät mit einem Gehäuse und darin angeordneten Kollektormotor mit Stator, Läufer, Kohlebürsten usw. bekannt. Jede Kohlebürste sitzt auf einer Blattfeder, die an der Innenseite des Gehäuses befestigt ist. Die Blattfeder weist einen Ausschnitt zum Einstecken eines an der vom Kollektor abgewandten Seite der Kohlenbürste angeformten, prismatischen Fortsatzes auf, der durch Kerbwirkung im Ausschnitt der Blattfeder fixiert wird.

Die US 4,638,201 zeigt einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor, der eine Halterung für eine Kohlenbürste besitzt. Die Halterung besteht aus einem etwa L- förmigen Federelement, dessen einer Schenkel eine etwa U-förmige Ausbuchtung aufweist, in der die Kohlebürste verklemmt ist.

Weiterhin ist aus der DE 199 62 705 A1 eine Tragestruktur für eine Schleifkohlebürste eines Motors bekannt, die dem Kommutator gegenüberliegt. Ein federndes Element drückt die Kohlebürste so zum Kommutator, dass sie mit diesem in Kontakt gelangt. Der Trägerabschnitt der Tragestruktur weist eine Durchbrechung auf, die von der Schleifbürste durchsetzt wird, um diese durch Schneidklemmung zu fixieren, so dass sich die Kohlebürste abschnittsweise rückseitig entlang des Trägerabschnittes erstreckt. Dabei ist eine erhöhte Mindesteinbautiefe notwendig, die zu Dimensionierungsproblemen besonders bei Kleinmotoren führt. Durch die Schneidklemmung zwischen der Kohlebürste und der Durchbrechung des Trägerabschnittes entsteht auch eine Kerbwirkung, die bei Vibrationen zu Beschädigungen bzw. zur Zerstörung der Kohlebürste führen kann.

Bei den vorgenannten Klemmverbindungen sind die Halterungen bzw. Federelemente auf Grund ihrer konstruktiven Ausbildung aufwändig und teuer herzustellen.

Überwiegend hat sich diese Art der Kohlebürsten-Blattfederverbindung mittels Schneidklemmtechnik zur Kommutierung eines Elektromotors durchgesetzt. Hierdurch sind jedoch nur geringe Ströme übertragbar. Der Übergangswiderstand kann sich durch Alterung oder Vibrationen verändern, wodurch sich eine sehr große Streu ung des Übergangswiderstandes ergeben kann. Dies kann sich auf die Leistung des Motors auswirken oder sogar zur völligen Zerstörung des Motors führen.

Auch Lötverbindungen zwischen der Kohlebürste und deren Halterung werden verwendet, was allerdings voraussetzt, dass die Kohle lötbar ist. Dies wird in den meisten Fällen durch eine lötbare galvanische Schicht erreicht. Dieses Auftragen ist jedoch ein zusätzlicher Arbeitsgang und sehr aufwendig auszuführen. Dabei wird ein Teilbereich der Kohlebürste, der mit dem Trägerabschnitt der als Blattfeder ausgebildeten Halterung, innig, insbesondere durch Löten aber auch durch Schweißen oder auch Verkleben mittels einem leitfähigen Kleber, verbunden ist, metallisiert, d.h. mit einer Oberflächenschicht versehen. Dies erfolgt beispielsweise durch Verzinnen, Verkupfern oder Vernickeln.

Die Metallisierung der Oberfläche der Kohlenbürste wird für ein Löten oder Kleben ausreichend sein, da die Oberflächen durch den galvanischen Prozess begingt sehr dünn sind. Sollte auf diese Oberfläche geschweißt werden, wird die Schicht durch die notwendigen hohen Schweißströme wegschmelzen. Eine Verbindung kann hiermit nicht hergestellt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Stromübertragungsverbindung an eine Kohlebürste für einen Elektromotor der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine feste Verbindung ohne komplizierte und kostenintensive Klemmverbindung ermöglicht und dabei einen optimalen Über gangswiderstand über die gesamte Lebensdauer der Stromübertragungsverbindung sichert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kohlebürste als Zwei-Schicht-Kohlebürste ausgebildet ist, wobei die mit dem Kontaktelement zu verbindende Schicht aus einem massiven und elektrisch leitenden Metallmaterial besteht und mit dem Kontaktelement verschweißt ist.

Um eine einwandfreie Schweißverbindung zu ermöglichen, wird hierdurch eine geschweißte Kohlebürsten-Kontaktelement-Verbindung geschaffen, wobei die verschiedenen Bauteile platzoptimiert und gezielt eingesetzt werden können. Die Bautiefe, d.h. eine Mindesteinbautiefe dieser Verbindung im Elektromotor, wird gewährleistet. Somit baut die mit dem Kontaktelement geschweißte Kohlebürste wesentlich kleiner als bei herkömmlichen Verbindungen von Halterungen bzw. Tragestruktur mit der Kohlebürste, da die dabei notwendige Verbindungstechnik durch komplizierte Befestigungen komplett entfallen kann.

Hierdurch entsteht eine optimale, schnelle und kostengünstige Verbindung zwischen den beiden Bauteilen Kontaktelement und Kohlebürste, wodurch der Übergangswiderstand des Stroms über die gesamte Lebensdauer der Stromübertragungsverbindung konstant bleibt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung besteht die mit dem Kontaktelement zu verbindende Schicht der Kohle bürste bevorzugt aus Kupfer, Nickel, Stahl oder einem vergleichbaren elektrisch leitenden Material und bildet hierbei eine massive Metallschicht. Im Bereich der Motorkommutierung wird ein Standard-Kohlenstoff-Material eingesetzt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung sind der Kohlenstoff und das Metallmaterial der Kohlebürste in Pulverform als Rohstoffe miteinander verpresst und anschließend geglüht werden. Diese beiden Materialien werden in einem Arbeitsgang verarbeitet und ist somit kostenneutral herstellbar. Da die Kohle geglüht werden muss, kommt dies der gepressten Metallschicht entgegen, da diese hierdurch gesintert wird.

Bevorzugt ist das Kontaktelement als metallische und elektrisch leitende Blattfeder ausgebildet. Möglich ist auch, dass das Kontaktelement ein Kabel, eine Kontaktzunge Kontaktstift oder dergleichen ist.

Die erfindungsgemäße Stromübertragungsverbindung zeichnet sich noch dadurch aus, dass die Kohlebürste mit dem Kontaktelement mittels Widerstandsschweißen, z.B. Punktschweißen, oder Löten verbunden ist. Um die Kohle beim Schweißen nicht zu überhitzen, wird mit zwei Elektroden im Wechselstromschweißverfahren gearbeitet. Die eine Elektroden überträgt den Strom durch das Kontaktelement, z.B. die Blattfeder, in die Schicht, z.B. aus Kupfer, und von dort aus zurück in die zweite Elektrode und umgekehrt, wodurch eine Verschweißung entsteht ohne die Kohle zu schädigen, da der Strom und so mit die Wärme nur in der Metallschicht entstehen und nicht längs durch die Kohle fließen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines Ausführungsbeispieles, das in den Zeichnung dargestellt ist, näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Stromübertragungsverbindung und
2 eine Schnittdarstellung eines Teilabschnittes der Stromübertragungsverbindung entlang der Linie II-II gemäß 1.
Die Stromübertragungsverbindung 1 gemäß den 1 und 2 besteht aus einem Kontaktelement 2 und einer Kohlebürste 3.
Das Kontaktelement 2 ist als Blattfeder 4 ausgebildet und besteht aus einem elektrisch leitenden Metallmaterial, beispielsweise Kupfer. Die Blattfeder 4 besitzt einen Kontaktabschnitt 5 und einen Trägerabschnitt 6 zur Aufnahme der Kohlebürste 3. Der Trägerabschnitt 6 umfasst zwei sich gegenüberliegende Klemmbacken 7, in welche die Kohlebürste 3 ohne Kerbwirkung aufgenommen wird. Die Klemmbacken 7 dienen der groben Ausrichtung und leichten Fixierung der Kohlebürste 3 auf dem Kontaktelement 2 vor dem Schweißen. Dabei klemmen die Klemmbacken 7 die daran anliegenden Seiten der Kohlebürste 3. Auf die Klemmbacken 7 kann gegebenenfalls auch verzichtet werden, so dass das Kontaktelement 2 einfach mit der Kohlebürste 3 verschweißt wird.
Die Kohlebürste 3 ist zweischichtig ausgebildet. Die eine Schicht wird durch die Kohleschicht 8 aus gepresstem Kohlenstoff gebildet. Die zweite Schicht wird durch eine Metallschicht 9 gebildet, die aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Kupfer, besteht. Die Kohleschicht 8 und die Metallschicht 9 sind miteinander verpresst.
Die Unterseite der elektrisch leitenden Metallschicht 9 der Kohlebürste 3 ist mit dem Trägerabschnitt 6 des als Blattfeder 4 ausgebildeten Kontaktelementes 2 verschweißt. Die Verschweißung 10 erfolgt mittels eines Widerstandsschweißverfahrens.

1: Stromübertragungsverbindung
2: Kontaktelement
3: Kohlebürste
4: Blattfeder
5: Kontaktabschnitt
6: Trägerabschnitt
7: Klemmbacke
8: Kohleschicht
9: Metallschicht
10: Verschweißung

Claims

Stromübertragungsverbindung an eine Kohlebürste (3) für einen Elektromotor, im Wesentlichen bestehend aus einem elektrisch leitenden Kontaktelement (2) und der aus Kohlenstoff bestehenden Kohlebürste (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlebürste (3) als Zwei-Schicht-Kohlebürste ausgebildet ist, wobei die mit dem Kontaktelement (2) zu verbindende Schicht (9) aus einem massiven und elektrisch leitenden Metallmaterial besteht und mit dem Kontaktelement (2) verschweißt ist.
Stromübertragungsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Kontaktelement (2) zu verbindende Schicht (9) der Kohlebürste (3) aus Kupfer, Nickel, Stahl oder einem vergleichbaren elektrisch leitenden Material besteht.
Stromübertragungsverbindung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff und das Metallmaterial der Kohlebürste (3) miteinander verpresst und anschließend geglüht sind.
Stromübertragungsverbindung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (2) vorzugsweise als metallische und elektrisch leitende Blattfeder (4) ausgebildet ist.
Stromübertragungsverbindung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (2) oder als Kontaktzunge, Kontaktstift, Kabel oder dergleichen ausgebildet ist.
Stromübertragungsverbindung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlebürste (3) mit dem Kontaktelement (2) mittels Widerstandsschweißen oder Löten verbunden ist.