DE10344717A1 - Electrical commutator contact brush for electrical machines, has a carbon pad welded to metal backing fixed to a carrier - Google Patents

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Abstract

The commutator brush unit has a leaf spring element [4] with a carbon contact brush [8] attached at the free end. The brush is welded to a metal carrier [9] and this is secured to the leak spring carrier rolled over clamping elements [7]. The metal carrier can be of copper, nickel, steel, etc.

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.The The invention relates to a power transmission connection to a carbon brush for one Electric motor, essentially consisting of an electrically conductive Contact element and carbon brush.

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.Known is a brush holder for electrical Machines or electric motors, in which the carbon brush a one piece Having trained with the holder neck of smaller cross-section. The approach passes through an opening of a spring element and is over fixed resilient tabs.

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.From the DE 24 12 578 A1 is a small electric motor-driven device with a housing and arranged therein collector motor with stator, rotor, carbon brushes, etc. known. Each carbon brush sits on a leaf spring, which is attached to the inside of the housing. The leaf spring has a cutout for insertion of a molded on the side facing away from the collector side of the carbon brush, prismatic extension, which is fixed by notch effect in the cut of the leaf spring.

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.The US 4,638,201 shows an electronically commutated DC motor, which has a holder for a carbon brush. The holder consists of an approximately L-shaped spring element, one leg of which has an approximately U-shaped bulge, in which the carbon brush is jammed.

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.Furthermore, from the DE 199 62 705 A1 a support structure for a brushed carbon brush of a motor, which faces the commutator. A resilient element pushes the carbon brush to the commutator so that it comes into contact with this. The support portion of the support structure has an opening, which is penetrated by the abrasive brush to fix it by insulation displacement, so that the carbon brush extends in sections back along the support portion. In this case, an increased minimum installation depth is necessary, which leads to dimensioning problems, especially in small engines. By cutting insulation between the carbon brush and the opening of the support portion also creates a notch effect that can lead to damage or damage to the carbon brush with vibration.

Bei den vorgenannten Klemmverbindungen sind die Halterungen bzw. Federelemente auf Grund ihrer konstruktiven Ausbildung aufwändig und teuer herzustellen.at the aforementioned clamp connections are the brackets or spring elements due to their design training consuming and expensive to produce.

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.Mostly Has this type of carbon brush-leaf spring connection enforced by means of insulation displacement technology for commutation of an electric motor. As a result, however, only small currents are transferable. The contact resistance can change due to aging or vibration, resulting in a very size Scattering of the contact resistance can result. This can affect the performance of the engine or even to the uttermost destruction lead the engine.

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.Also solder connections between the carbon brush and their holder are used, which, however, requires that the coal is solderable is. This will be the case in most cases through a solderable achieved galvanic layer. However, this application is an additional one Operation and very expensive to execute. It becomes a subarea the carbon brush, the with the support section formed as a leaf spring holder, intimately, in particular by soldering but also by welding or bonding by means of a conductive adhesive, is connected, metallized, i.e. with a surface layer Mistake. This is done for example by tinning, copper plating or nickel-plating.

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.The Metallization of the surface the carbon brush is for a soldering or bonding may be sufficient as the surfaces through the galvanic process is very thin are. Should be on this surface welded the layer will melt away due to the necessary high welding currents. A connection can not be established herewith.

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.It Object of the invention, a power transmission connection to a carbon brush for one Electric motor of the type mentioned above to create a solid Connection without complicated and costly clamping connection allows and while an optimal contact resistance over the entire life of the power transmission connection guaranteed.

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.According to the invention Task solved by that the carbon brush as a two-layer carbon brush is formed, wherein the to be connected to the contact element Layer of a solid and electrically conductive metal material exists and is welded to the contact element.

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.In order to allow a perfect weld, this creates a welded carbon brush contact element compound, the various components can be space-optimized and targeted. The depth, ie a minimum installation depth of this connection in the electric motor is guaranteed. Thus, the carbon brush welded to the contact element builds considerably smaller than in conventional connections of brackets or support structure with the carbon brush, since the necessary connection technology can be completely eliminated by complicated fasteners.

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.hereby creates an optimal, fast and cost-effective connection between the two components contact element and carbon brush, whereby the contact resistance of electricity the entire life of the power transmission connection constant remains.

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.To a development of the invention with the contact element layer of carbon to be bonded preferably brushed copper, Nickel, steel or a comparable electrically conductive material and forms a massive metal layer. In the field of engine commutation a standard carbon material is used.

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.According to one Another embodiment of the solution according to the invention are the carbon and the Metal material of carbon brush in powder form as raw materials pressed together and then annealed. These two materials are processed in one operation and is therefore cost-neutral to produce. Since the coal has to be annealed, this comes against the pressed metal layer, as this way is sintered.

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.Prefers is the contact element as a metallic and electrically conductive leaf spring educated. Possible is also that the contact element is a cable, a contact pin contact pin or the like.

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.The Power transmission connection according to the invention is characterized by the fact that the carbon brush with the contact element by resistance welding, e.g. Spot welding, or soldering connected is. To the coal when welding not to overheat, is working with two electrodes in AC welding. The An electrode transfers the current through the contact element, e.g. the leaf spring, in the layer, e.g. made of copper, and from there back into the second electrode and vice versa, which creates a weld without to damage the coal, because the electricity and so with the heat only arise in the metal layer and do not flow longitudinally through the coal.

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.It It is understood that the above and below to be explained features not only in the specified combination, but also in other combinations or alone, without to leave the scope of the present invention.

Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines Ausführungsbeispieles, das in den Zeichnung dargestellt ist, näher beschrieben. Es zeigen:Of the The invention is based on the idea below Description based on an embodiment, which is shown in the drawing, described in more detail. Show it:

1 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Stromübertragungsverbindung und 1 a perspective view of a power transmission connection according to the invention and

2 eine Schnittdarstellung eines Teilabschnittes der Stromübertragungsverbindung entlang der Linie II-II gemäß 1. 2 a sectional view of a portion of the power transmission connection along the line II-II according to 1 ,

Die Stromübertragungsverbindung 1 gemäß den 1 und 2 besteht aus einem Kontaktelement 2 und einer Kohlebürste 3.The power transmission connection 1 according to the 1 and 2 consists of a contact element 2 and a carbon brush 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.The contact element 2 is as a leaf spring 4 formed and consists of an electrically conductive metal material, such as copper. The leaf spring 4 has a contact section 5 and a support section 6 for receiving the carbon brush 3 , The carrier section 6 includes two opposing jaws 7 into which the carbon brush 3 is recorded without notch effect. The jaws 7 serve the coarse alignment and easy fixation of the carbon brush 3 on the contact element 2 before welding. The jaws pinch 7 the adjoining sides of the carbon brush 3 , On the jaws 7 Optionally, it may also be dispensed with, so that the contact element 2 simply with the carbon brush 3 is welded.

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.The carbon brush 3 is formed in two layers. The one layer is through the carbon layer 8th formed from pressed carbon. The second layer is covered by a metal layer 9 formed, which consists of an electrically conductive material, such as copper. The coal layer 8th and the metal layer 9 are pressed together.

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.The underside of the electrically conductive metal layer 9 the carbon brush 3 is with the carrier section 6 as a leaf spring 4 trained contact element 2 welded. The welding 10 takes place by means of a resistance welding process.

11
StromübertragungsverbindungPower transmission link
22
Kontaktelementcontact element
33
Kohlebürstecarbon brush
44
Blattfederleaf spring
55
KontaktabschnittContact section
66
Trägerabschnittsupport section
77
Klemmbackejaw
88th
Kohleschichtcarbon film
99
Metallschichtmetal layer
1010
Verschweißungwelding

Claims (6)

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.Power transmission connection to a carbon brush ( 3 ) for an electric motor, essentially consisting of an electrically conductive contact element ( 2 ) and the carbon brush ( 3 ), characterized in that the carbon brush ( 3 ) is formed as a two-layer carbon brush, wherein the with the contact element ( 2 ) layer to be connected ( 9 ) consists of a solid and electrically conductive metal material and with the contact element ( 2 ) is welded. 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.Power transmission connection according to claim 1, characterized in that with the contact element ( 2 ) layer to be connected ( 9 ) of the carbon brush ( 3 ) consists of copper, nickel, steel or a comparable electrically conductive material. Stromübertragungsverbindung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff und das Metallmaterial der Kohlebürste (3) miteinander verpresst und anschließend geglüht sind.Power transmission connection according to claims 1 and 2, characterized in that the carbon and the metal material of the carbon brush ( 3 ) are pressed together and then annealed. Stromübertragungsverbindung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (2) vorzugsweise als metallische und elektrisch leitende Blattfeder (4) ausgebildet ist.Power transmission connection according to claims 1 to 3, characterized in that the contact element ( 2 ) preferably as a metallic and electrically conductive leaf spring ( 4 ) is trained. Stromübertragungsverbindung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (2) oder als Kontaktzunge, Kontaktstift, Kabel oder dergleichen ausgebildet ist.Power transmission connection according to claims 1 to 3, characterized in that the contact element ( 2 ) or as a contact tongue, contact pin, cable or the like is formed. Stromübertragungsverbindung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlebürste (3) mit dem Kontaktelement (2) mittels Widerstandsschweißen oder Löten verbunden ist.Power transmission connection according to claims 1 to 5, characterized in that the carbon brush ( 3 ) with the contact element ( 2 ) is connected by means of resistance welding or soldering.
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