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Die
Erfindung geht aus von einem Bürstenhalter
mit Federelementen für
eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
An diese elektrische Maschinen werden, wenn sie als bürstenbehaftete,
vorzugsweise zweipolige Elektromotoren, insbesondere Heiz- und Klimamotoren
eingesetzt werden, hohe Anforderungen in Bezug auf die Geräuschentwicklung
gestellt. Ein derartiger Bürstenhalter,
wie er beispielsweise aus der
DE
42 41 405 bekannt ist, umfasst wenigstens eine Halterung,
in der wenigstens eine Bürste
beweglich aufgenommen ist, und einen Träger, der die Halterung trägt und der
Befestigungsabschnitte aufweist, mit denen der Bürstenhalter an der elektrischen
Maschine fixiert ist. Zur Geräusch-
und Schwingungsreduzierung sind die Halterung und der Träger mittels
Federelementen miteinander gekoppelt.
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Vorteile der
Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Bürstenhalter
für elektrische
Maschinen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den
Vorteil, dass die Federelemente in Umfangsrichtung relativ weich
und in Axialrichtung sowie Radialrichtung relativ steif sind. Vorzugsweise
ist der Träger über mindestens drei,
vorzugsweise vier Federelemente mit den Halterungen und/oder den
Verbindungstreben verbunden. Dadurch, dass die Federelemente mit
einem ersten Abschnitt auf einer Stirnseite axial vom Träger abstehen,
in einen ersten halbkreisförmigen
Bogenabschnitt übergehen,
mit einem im wesentlichen geraden Mittelabschnitt zwischen dem Träger und
den Halterungen sowie den Verbindungsstreben hindurchragen, in einen
zweiten halbkreisförmigen
Bogenabschnitt übergehen
und mit einem zweiten axial verlaufenden Abschnitt an den Halterungen
und/oder Verbindungsstreben an der zweiten Stirnseite befestigt
sind, laufen die Bürsten
auf einem Kommutator mit einem verminderten Risiko eines unrunden
Laufs.
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Vorzugsweise
ist die Halterung eine U-förmige
Aufnahme für
einen Bürstenköcher. Dadurch
lässt sich
die Halterung leicht fertigen und der Bürstenköcher sich leicht bestücken. Die
bevorzugteste Weiterbildung ist auch die, dass Bürstenköcher vorgesehen sind, da sich
nur mit ihnen Motoren mit sehr hoher Leistung verwirklichen lassen.
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Ein
einfacher und platzsparender Aufbau ergibt sich, wenn der Träger die
Form eines Rahmens hat, der zwei sich gegenüberliegende Rahmenstreben hat,
die radial um die Verbindungsstreben verlaufen, und der zwei sich
gegenüberliegende
Brücken hat,
die zumindest an den von den Bürsten
abgewandten Seiten der Halterungen vorbeiführen.
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Dadurch,
dass der Träger
mindestens drei, vorzugsweise vier Befestigungsabschnitte hat, die
jeweils an den Übergangsbereichen
der Rahmenstreben und der Brücken
ausgebildet sind, ergibt sich ein mechanisch stabiler Aufbau.
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Vorzugsweise
sind die Befestigungsabschnitte radial nach außen gerichtete Fortsätze, die Verjüngungen
aufweisen, die auf einem Kreisbogen liegen und die vorzugsweise
in Ausnehmungen einer Gehäusewand
der elektrischen Maschine steckbar sind und die vorzugsweise einen
axial verlaufenden Hohlraum aufweisen. Dies ergibt eine leichte
Montage, eine gute Zentrierung und einen stabilen Halt.
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An
einem derartigen Bürstenhalter
sind vorzugsweise zwei Halterungen vorgesehen, deren Mittelachsen
parallel und mit Versatz zueinander verlaufen, so dass die Halterungen
die Bürsten
im Betrieb der elektrischen Maschine geneigt in die Drehrichtung
des rotierenden Kontaktelements ausgerichtet sind. Dies ergibt eine
leicht handhabbare Baugruppe, die zudem gute Geräuscheigenschaften hat.
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Ein
derartiger Bürstenhalter
mit wenigstens einer Bürste
und/oder mit wenigstens einem mit einer Bürste versehenen Bürstenköcher hat
gute Schwingungseigenschaften.
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Mit
einer elektrischen Maschine, vorzugsweise Kommutatormotor mit einem
oder mehreren derartigen Bürstenhaltern,
wobei der oder die Bürstenhalter
an einer Stirnseite des Gehäuses
der elektrischen Maschine befestigt ist bzw. sind, lässt sich leicht
ein Baukasten realisieren.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der
Beschreibung.
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Zeichnung
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Zwei
Ausführungsbeispiele
sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
elektrische Maschine in einem Längsschnitt,
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Bürstenhalters
für zwei
Bürsten
im Gehäuse
der elektrischen Maschine nach 1 in einer
ersten Einbaulage,
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3 eine
perspektivische Ansicht des Bürstenhalters
im Gehäuse
der elektrischen Maschine nach 1 in einer
zweiten Einbaulage,
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4 den
Bürstenhalter
nach 2 ohne Gehäuse
aber mit Bürsten
und
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5 den
Bürstenhalter
nach 3 ohne Gehäuse
aber mit Bürsten.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In
der 1 ist ein Teil einer elektrischen Maschine 10 in
einem Längsschnitt
vereinfacht dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich
um einen bürstenbehafteten
Gleichstrommotor, auch Kommutatormotor genannt, der vorzugsweise
in einem Lüfterantrieb
eines Kraftfahrzeugs zu Anwendung kommt. Es sind jedoch andere Anwendungen
beispielsweise in einen Fensterheber, Wischerantrieb, Sitzversteller
oder sonstigen Anwendungen in einem Kraftfahrzeug denkbar. Es kann
sich aber auch um einen Generator handeln. Die elektrische Maschine 10 hat
vorzugsweise nur eine Drehrichtung, weshalb sie besonders für den bereits
erwähnten
Lüfterantrieb
bestimmt ist. Auch aufgrund der niedrigen Geräusche ist die elektrische Maschine 10 am
besten für
einen Lüfterabtrieb
geeignet.
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In
der elektrischen Maschine 10 ist auf der Welle für den Fall,
dass es sich um einen bürstenbehafteten
Gleichstrommotor handelt, ein Kommutator angeordnet. Im Falle eines
Generators wäre
dies ein Schleifring. In beiden Fällen handelt es sich jedoch um
ein Kontaktelement, das vorzugsweise rotiert.
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Die
elektrische Maschine 10 umfasst ein Gehäuse 12, insbesondere
ein Polgehäuse,
und einen darin angeordneten Anker 14. Der Anker 14 weist eine
Welle 16 und ein Ankerpaket 17 mit einer nicht näher dargestellten
Ankerwicklung auf. Die Ankerwicklung ist über Drähte 18 mit Haken eines
Kommutators 20 verbunden. Der Kommutator 20 wird
am Umfang von zwei Kohlebürsten
bzw. Bürsten 22 an zwei
radial gegenüberliegenden
Seiten beaufschlagt. Die Bürsten 22 sind
auf einem ersten Bürstenhalter 24 angeordnet,
der als Kunststoffspritzgussteil hergestellt ist. Der Kommutator 20,
die Bürsten 22 und der
Bürstenhalter 24 bilden
eine Kommutierungsvorrichtung 26. Der Bürstenhalter 24 wird
vorzugsweise durch einen Deckel 28 am Gehäuse 12 gehalten
bzw. fixiert. Der Deckel 28 kann auch ein Lagerdeckel oder Lagerbügel sein.
Der Bürstenhalter 24 kann
auch in einen solchen Lagerdeckel oder Lagerbügel eingesetzt sein.
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In
den 2 bis 5 ist ein in das Gehäuse 12 der
elektrischen Maschine 10 eingeschobener erster Bürstenhalter 24 nach
einem ersten Ausführungsbeispiel
ohne den Anker 14, den Kommutator 20 und den Deckel 28 gezeigt.
Der Bürstenhalter 24 ist
an einer Stirnseite 29 des Gehäuses 12 der elektrischen
Maschine 10 befestigt.
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Der
Bürstenhalter 24 weist
zwei Stirnseiten 30, 32 auf. Er weist außerdem zwei
sich diametral gegenüberliegende,
vorzugsweise U-förmige
Halterungen 34 auf, in denen jeweils eine Bürste 22 in
einem als Blechstanzbiegeteil hergestellten Bürstenköcher 38 verschiebbar
und durch eine Feder 40 beaufschlagt angeordnet ist. Es
ist auch möglich,
dass drei, vier oder noch mehr Halterungen 34 vorgesehen sind.
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Außerdem weist
der Bürstenhalter 24 als weiteren
wesentlichen Teil einen Träger 42 auf,
der die Halterungen 34 trägt.
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Die
Mittelachsen 44 der beiden Halterungen 34 verlaufen
parallel und mit Versatz zueinander, so dass die Bürsten 22 im
Betrieb der elektrischen Maschine 10 geneigt in die Drehrichtung
des Kommutators 20 gerichtet sind. Dies hat einen sehr
leisen Lauf zur Folge, wodurch sich die besondere Eignung der elektrischen
Maschine 10 als Lüfterantrieb
ergibt. Die beiden Halterungen 34 sind über zwei, vorzugsweise ringsegmentförmige Verbindungsstreben 46 miteinander
verbunden.
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Der
Träger 42 hat
die Form eines Rahmens. Er wird gebildet durch zwei sich gegenüberliegende Rahmenstreben 48,
die radial um die Verbindungsstreben 46 der Halerungen 34 verlaufen.
Ferner weist er zwei sich gegenüberliegende
Brücken 50 auf,
die zum einen an den von den Bürsten 22 abgewandten Seiten
der Halterungen 34 vorbeiführen. Jede Brücke 50 umfasst
vorzugsweise einen Bügel 52,
der radial um die Halterungen 34 herumführt, jedoch unterhalb der Bürstenköcher 38.
Auch können
nur ein Bügel 52 vorgesehen
sein und keine Brücken 50.
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Der
Träger 42 weist
am Außenumfang
Befestigungsabschnitte 54 auf, mit denen der Bürstenhalter 24 an
der elektrischen Maschine 10 am Gehäuse 12 fixiert ist.
Die Befestigungsabschnitte 54 sind derart an beiden Stirnseiten 30, 32 des
Trägers 42 ausgebildet,
dass der Träger 42 und
somit der Bürstenhalter 24 mit
der einen Stirnseite 30 und auch der anderen Stirnseite 32 am
Gehäuse 12 fixierbar ist.
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Statt
der gezeigten vier Befestigungsabschnitte 54 kann der Träger 42 auch
mit dreien am Gehäuse 12 befestigt
sein. Die vier Befestigungsabschnitte 54 sind jeweils an
den Übergangsbereichen der
Rahmenstreben 48 und der Brücken 50 ausgebildet.
Wie besonders deutlich aus den 7 und 8 hervorgeht, sind die Befestigungsabschnitte 54 radial nach
außen
gerichtete Fortsätze,
die zumindest außen
aber wie gezeigt vorzugsweise auch seitlich durchgehend von der
einen Stirnseite 30 zur anderen Stirnseite 32 verlaufen.
Die Befestigungsabschnitte 54 weisen Verjüngungen 56 auf,
die, wie auch die Befestigungsabschnitte 54 selbst, auf
einem Kreisbogen liegen, der durch das Gehäuse 12 verdeutlicht wird.
Die Befestigungsabschnitte 54 bzw. die Verjüngungen 56 werden
vorzugsweise in stirnseitige Ausnehmungen 58 (2 und 3)
oder Fenster der Gehäusewand 12 gesteckt,
wodurch sich eine formschlüssige
Sicherung gegen Verdrehen ergibt. Die Verjüngungen 56 weisen
vorzugsweise jeweils einen axial verlaufenden Hohlraum 60 auf,
wodurch sich eine größere Elastizität und bessere
Dämpfung
ergibt.
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Am
Außenumfang
der Befestigungsabschnitte 54 sind seitlich abstehende
Nasen 62 ausgebildet. Diese liegen am Außenumfang
des Gehäuses 12 an
und bilden den äußeren Abschluss
der Verjüngungen 56.
Den inneren Abschluss oder auch Beginn der Verjüngungen 56 wird durch
einen Absatz bzw. eine Schulter 64 gebildet, die am Innenumfang
des Gehäuses 12 anliegt.
Dadurch ist eine formschlüssige
Sicherung gegen radiale Bewegungen des Bürstenhalters 24 gebildet.
Die in Axialrichtung des Bürstenhalters 24 ausgerichteten
Stirnseiten 66, 68 der Befestigungsabschnitte 54 liegen
am Gehäuse 12 an und
bilden axiale Anschläge.
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Die
Stirnseiten 66, 68 haben den gleichen Abstand
zu einer Symmetrieebene. Diese verläuft zwischen den Befestigungsabschnitten 54 der
beiden Stirnseiten 30, 32. Die Symmetrieebene
verläuft entlang
der mit einem Doppelpfeil dargestellten Bewegungsrichtung 72 der
Bürsten 22 in
den Halterungen 34.
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Die
Befestigungsabschnitte 54 der beiden Stirnseiten 30, 32 verlaufen
symmetrisch zu einer Linie 74 verlaufen, die senkrecht
auf der Längsachse des
Kommutators 20 steht, der im Betrieb der elektrischen Maschine 10 mit
den beiden Bürsten 22 zusammenwirkt.
Dadurch bildet die Linie 74 eine Wendeachse, um die der
Bürstenhalter 24 gewendet
und mit wahlweise mit seinen beiden Stirnseiten 30, 32 an der
elektrischen Maschine 10 befestigbar ist.
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Der
Träger 42 des
Bürstenhalters 24 weist mindestens
drei, vorzugsweise vier Federelemente 76, mit denen er
mit den Halterungen 34 und/oder den Verbindungstreben 46 verbunden
ist. Die Federelemente 76 stehen mit einem ersten Abschnitt 76.1 auf
einer Stirnseite 32 axial vom Träger 42 ab und gehen
in einen ersten bogenförmigen,
vorzugsweise halbkreisförmigen
Bogenabschnitt 76.2 über.
Mit einem im Wesentlichen geraden Mittelabschnitt 76.3 ragen
sie zwischen dem Träger 42 und
den Halterungen 34 sowie den Verbindungsstreben 46 hindurch und
gehen in einen zweiten bogenförmigen,
vorzugsweise halbkreisförmigen
Bogenabschnitt 76.4 über. Mit
einem sich daran anschließenden,
zweiten axial verlaufenden Abschnitt 76.5 sind die Federelemente dann
an den Halterungen 34 und/oder den Verbindungsstreben 46 der
zweiten Stirnseite 30 befestigt. In Drehrichtung des Kommutators 20 bzw.
Umfangsrichtung des Bürstenhalters 24 haben
die Federelemente 76 eine geringere Erstreckung als senkrecht zur
Drehrichtung des Kommutators bzw. der Umfangsrichtung des Bürstenhalters 24.
Die größere Erstreckung
ist ca. fünf
Mal größer als
die kleinere Erstreckung, wobei ein Bereich von drei bis acht Mal
so groß auch
noch gute Werte liefert. Dadurch sind die Federelemente 76 in
Umfangsrichtung relativ weich und in Axialrichtung sowie Radialrichtung – jeweils des
Bürstenhalters 24 bzw.
der elektrischen Maschine 10 – relativ steif.
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Schließlich sind
an den Rahmenstreben 48 an einer Stirnseite 30 axial
abstehende Pfosten 82 zur Durchführung von Bürstenlitzen 84 der
Bürsten 22 ausgebildet
sind. Ferner weist der Bürstenhalter Hakenpaare 86 zur
Fixierung der Bürstenlitzen 84 aufweist.
Schließlich
hat der Bürstenhalter 24,
vorzugsweise in den Rahmenstreben 48 Taschen 88 zur Aufnahme
von nicht dargestellten Entstörelementen.