CARBON BRUSH FOR ELECTRICAL MACHINES

Abstract: 1. A carbon brush (1) for electrical machines, with a contact surface which in cross-section has a hollowed profile with flanks (4, 5) inclined towards the centre plane for contact with a commutator or similar slip ring with a nominal radius (R2), characterised in that the two flanks (4, 5) of the profile extend without curvature or with lesser curvature (R1) than the nominal radius (R2) tangentially to a circle of nominal radius (R2).

Description: Kohlebürste für elektrische Maschinen Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Kohlebürste für elektrische Maschinen mit einer Kontaktfläche, die im Querschnitt ein ausgehöhltes Profil zur Anlage an einen Kollektor od.dgl. Schleifring mit Sollradius aufweist. Bei bekannten Kohlebürsten hat die Lauffläche über ihre Breite ein einheitlich kreisbogenförmiges Profil, dessen Radius dem Sollradius entspricht. Die auf beiden Seiten der Mittelebene liegenden Flanken des Profils haben also gleichen Krümmungsradius und den gleichen, auf der Ebene liegenden Krümmungsmittelpunkt. Hiermit wird eine möglichst grossfläc ge Anlage der Lauffläche am Kollektor und damit eine mögl über die ganze Fläche verteilte Strombelastung angestrebt. Es ist jedoch bekannt, dass Kohlebürsten grundsätzlich eine Einlaufzeit benötigen, während der die idealen Betriebsverhältnisse noch nicht erreicht werden. Bei diesem Einlaufen kann es selbst dann, wenn das Laufflächenprofil ohne Toleranz fehler dem Sollradius entsprechend hergestellt wurde, zu einer asymmetrischen Anlage der Kohlebürste am Kollektor kommen, welches insbesondere durch das unvermeidliche Spiel der Kohlebürste im Bürstenhalter bedingt ist. Während dieses Einlaufzustandes kann es bei Belastungsspitzen zu einem Versagen des Systems und dadurch bedingten kostspieligen Stand- und Reparaturzeiten kommen. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kohlebürste mit verbessertem Eifllaufverhalten zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die zu beiden Seiten der Mittelebene liegenden, zu dieser geneigten Flanken des Laufflächenprofils ohne Krümmung oder mit geringerer Krümmung als der Sollradius tangential zu einem Kreis mit Sollradius verlaufen. Die beiden Flanken des Laufflächenprofils verlaufen somit von Anfang an steiler als ein dem Sollradius ent sprechender Kreis, und beim Ansetzen der Kohlebürste an den Kollektor hat dieser zunächst eine Linienberührung symmetrisch zu beiden Seiten der Mittelebene. Hierdurch kommt es auch zu einer symmetrischen Kraftbelastung, wobei senkrecht zu den Laufflächenflanken wirkende Stellkräfte auftreten, die eine geometrische und damit auch eine elektrische Symmetrie erzwingen. Der Einlaufvorgang erfolgt somit weitgehend symmetrisch, bis durch zunehmender Abnutzung der Kontaktfläche der Kohlebürste eine mehr und mehr ganzflächige Anlage des Kollektors an beiden Flanken des Laufflächenprofils entsprechend dem Dauerbetriebszustand erreicht ist. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jede Flanke des Profils bezüglich eines auf der jeweils anderen Seite der Mittelebene liegenden Krümmungsmittelpunktes gekrümmt. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann jede Flanke von in Querrichtung der Kontaktfläche verlaufenden rippenartigen Erhöhungen gebildet sein, die durch nutartige Vertiefungen voneinander getrennt sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die rippenartigen Erhöhungen der einen Flanke in Fortsetzung der nutartigen Vertiefungen der anderen Flanke verlaufen. Hierdurch wird vor allem auch die Fertigung erleichtert. Die nutartigen Vertiefungen in jeder Flanke der Kontaktfläche können z.B. einen ebenen Verlauf senkrecht zur Mittelebene aufweisen, oder sie können gegenüber einer zur Mittelebene rechtwinkligen Ebene in einem Freiwinkel abfallend ausgebildet sein. Die rippenartigen Erhöhungen haben vorzugsweise einen rechtwinkligen Querschnitt. Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Kohlebürste gemäss einer bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Kohlebürste nach Fig. 1. Fig. 3 zeigt im Querschnitt eine andere Ausführungs form der Kohlebürste. Die in Fig. 1 dargestellte Kohlebürste 1 hat eine Lauffläche 2, die gebildet wird von rippenartig erhöhten Flächenbereichen 4, 5. Die Flächenbereiche 4 liegen auf der einen und die Flächenbereiche 5 auf der anderen Seite der Längsmittelebene oder Symmetrieebene 6 der Kohlebürste 1. Jeder rippenartig erhöhte Flächenbereich 4, 5 hat einen rechteckigen Querschnitt und eine zylindrisch gekrümmte Oberfläche. Diese Oberflächen der rippenartig Erhöhungen 4, 5 bilden die beiden Flanken des Kontaktflächenprofils der Kohlebürste 1 zu beiden Seiten der Mittelebene 6. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist jeder erhöhte Flächenbereich 4, 5 mit einem Krümmungsradius R1 gekrümmt, und zwar um einen Mittelpunkt M', M'', der nicht auf der Mittelebene 6, sondern von dieser nach der jeweils anderen Seite versetzt liegt. Der Krümmungsradius R1 ist etwas grösser als der Sollradius R2 des Kollektors, mit dem die Bürste verwendet werden soll. Somit liegen die mit Radius R1 gekrümmten erhöhten Flächenbereiche 4, 5 tangential zu einem Kreis mit Sollradius R2 um einen auf der Mittelebene 6 liegenden Mittelpunkt M. Die anfängliche Berührung mit einem Kollektor mit Radius R2 erfolgt somit linienförmig symmetrisch zu beiden Seiten der Mittelebene 6, wobei sich mit fortschreitender Abnutzung die Berüh rungsflächen rasch verbreitern, aber nach wie vor symmetrisch zur Mittelebene 6 liegen. Erst nach sehr weitgehender Abnutzung kommt auch der Tiefpunkt des Laufflächenprofils auf der Mittelebene 6 in Berührung mit dem Kollektorkreisprofil mit Radius R2. Jeder erhöhte Flächenbereich 4 bzw. 5 setzt sich auf der jeweils anderen Seite der Mittelebene 6 in einem nutartig vertieften Flächenbereich 8 bzw. 9 fort. Dessen Profilverlauf quer zur Mittelebene 6 ist an sich beliebig. Er kann beispielsweise, wie in Fig. 2 bei 8' dargestellt ist, in Fortsetzung der Krümmung des erhöhten Flächenbereichs 4 mit dem Radius R1 um den Mittelpunkt " verlaufen. Sie können aber auch, wie in Fig. 1 bei 8 angegeben ist, einen ebenen Verlauf rechtwinklig zur Mittelebene 6 haben. Schliesslich ist in Fig. 1 bei 8'' ein Verlauf angedeutet, bei dem der nutartige Flächenbereich mit einem Freiwinkel gegenüber der zur Mittelebene 6 senkrechten Ebene abfallend ausgebildet ist. Jeweils wesentlich ist, dass die nutartigen Vertiefungen der einen Kontaktflächenflanke in Fortsetzung der rippenartigen Erhöhungen der anderen Flanke verlaufen und umgekehrt. Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der die rippenartig erhöhten Flächenbereiche 4, 5 der beiden Flanken des Kontaktflächenprofils einen ebenen, zur Mittelebene 6 geneigten Verlauf haben, so dass sich ein schwalbenschwanzförmiges Kontaktflächenprofil ergibt. Diese Flächen liegen tangential zu einem Kreis mit dem Sollradius R2, wobei der Kontakt an den Berührungsstellen 11 anfänglich noch stärker linienförmig ist als bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2. Die erfindungsgemässe Profilierung der Kontaktfläche der Kohlebürste kann in vorteilhafter Weise gleichzeitig mit dem Pressen der Kohlebürste erfolgen, wobei dann keine Nachbearbeitung der gepressten Kontaktfläche zur Anpassung an den Kollektor bei der Endfertigung der Bürste erforderlich ist. Es ist jedoch auch möglich, die erfindungsgemässe Ausbildung der Laufflächen durch nachträgliches mechanisches Bearbeiten der gepressten Bürste vorzunehmen, wobei insbesondere die nutartig vertieften Flächenbereiche 8, 9 das mechansiche Bearbeiten der ihnen jeweils gegen überliegenden rippenartig erhöhten Flächenbereiche 4, 5 erleichtern.

Claims: Kohlebürste für elektrische Maschinen Patentansprüche 1. Kohlebürste für elektrische Maschinen mit einer Kontaktfläche, die im Querschnitt ein ausgehöhltes Profil mit zur Mittelebene geneigten Flanken zur Anlage an einen Kollektor od.dgl. Schleifring mit Sollradius aufweist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die beiden Flanken (4, 5) des Profils ohne Krümmung oder mit geringerer Krümmung (R1) als der Sollradius (22) tangential zu einem Kreis mit Sollradius (R2) verlaufen 2. Kohlebürste nach Anspruch 1 , dadurch g e k e n n z ¯ i c h n e t, dass jede Flanke (4, 5) bezüglich eines jeweils auf der anderen Seite der Mittelebene (6) liegenden Krümmungsmittelpunktes (M', '') gekrümmt ist. 3. Kohlebürste nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass jede Flanke des Kontaktflächenprofils von in Querrichtung der Kontaktfläche verlaufenden, rippenartig erhöhten Flächenbereichen (4, 5) gebildet wird, die durch nutartige Vertiefungen (8, 9) voneinander getrennt sind. 4. Kohlebürste nach Anspruch 3 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die rippenartigen Erhöhungen (4) der einen Flanke in Fortsetzung der nutartigen Vertiefungen (8) der anderen Flanke verlaufen. 5. Kohlebürste nach Anspruch 3 oder 4 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die rippenartigen Erhöhungen im Querschnitt rechtwinklig ausgebildet sind. 6. Kohlebürste nach einem der Ansprüche 3 bis 5 dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass jede nutartige Vertiefung (8, 9) einen zur Mittelebene (6) annähernd rechtwinkligen Verlauf hat. 7. Kohlebürste nach einem der Ansprüche 3 bis 5 dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass jede nutartige Vertiefung (8', 9') gegenüber einer zur Mittel ebene (6) rechtwinkligen Ebene (10) in einem Freiwinkel abfallend ausgebildet ist.

Inventors: HOFFMANN, PETER, DIPL.-ING.
Applicants: HOFFMANN & CO. ELEKTROKOHLE KG
Application year: 1982
Main classification: H01R39
IPC codes: H01R39