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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kollektorgehäuse für einen Elektromotor und ein
Verfahren zum Einbau des Kollektors in einem solchen Gehäuse.
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Die
Erfindung wird insbesondere für
einen Elektromotor angewendet, der zum Antreiben einer Einrichtung
eines Kraftfahrzeugs bestimmt ist, beispielsweise einen Motor für einen
Fensterheber, ein Schiebedach oder zum Betätigen eines Sitzes.
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Die
FR 2 814 868 beschreibt
einen solchen Elektromotor mit einem Kollektor.
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Üblicherweise
weist ein Kollektor einen Ring auf, der an seinem Umfang eine Reihe
von leitenden Lamellen besitzt, wobei der Kollektorring dazu bestimmt
ist, fest an einer Rotorwelle angebracht zu werden. Ein Elektromotor
weist meist ein Statorgehäuse
und einen im Stator drehend angebrachten Rotor auf. Der Motor weist
auch fest mit der Rotorwelle verbundene Wicklungen auf, wobei jede
Wicklung mit zwei einander diametral entgegengesetzten Lamellen
des Kollektors elektrisch verbunden ist.
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Der
Kollektor ist üblicherweise
in einem mit dem Stator fest verbundenen Kollektorgehäuse angebracht.
Ein solches Gehäuse
weist einen Träger auf,
der eine mittlere Öffnung
besitzt, die dazu dient, den Kollektor aufzunehmen und die Rotorwelle
durch den Gehäuseträger hindurch
zu lassen. Der Träger besteht
aus einem isolierenden Material, beispielsweise aus Kunststoff.
Das Kollektorgehäuse
weist auch mindestens ein bezüglich
dem Kollektor diametral entgegengesetztes Bürstenpaar auf, das dazu dient,
die Lamellen des Kollektors zu kontaktieren, wenn sich dieser zusammen
mit der Rotorwelle dreht. Die Bürsten
sind mit einer elektrischen Stromversorgung elektrisch verbunden.
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Während des
Einbaus des Motors und insbesondere des Kollektors im Kollektorgehäuse müssen die
Bürsten
von ihrer Kontaktstelle mit den Lamellen des Kollektors fern gehalten
werden. Nach dem fertiggestellten Einbau müssen die Bürsten mit den Kollektorlamellen
in Kontakt gebracht werden. Der mechanische Kontakt zwischen den
Bürsten
und der Kollektorlamellen muss sichergestellt sein, um einen guten
elektrischen Kontakt mit den mit den Lamellen verbundenen Wicklungen
zu gewährleisten.
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Während des
Einsetzens des Kollektors müssen
die Bürsten
des Kollektorgehäuses
somit in einer ersten sogenannten Einbaustellung gehalten werden,
dann müssen
die Bürsten
in einer zweiten sogenannten Kontaktstellung gehalten werden, um ihre
Funktion der elektrischen Versorgung der Kollektorlamellen sicherzustellen.
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Beispielsweise
ist ein Kollektorgehäuse,
das an vom Anmelder vertriebenen Motoren angebracht und unter der
Referenznummer 420143 erfasst ist, bekannt, das eine Vorrichtung
zum Verriegeln der Bürsten
aufweist. Ein solches Gehäuse
gemäß dem Stand
der Technik ist schematisch in den 1a und 1b dargestellt, welche die
Bürsten
in einer Einbau- bzw. Kontaktstellung zeigen.
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Das
Gehäuse
weist einen Kunststoffträger 1 auf,
in welchem zwei Halter 8 ausgebildet sind, die die Bürsten 5 aufnehmen.
Jede Bürste
weist eine elektrische Verbindung auf, die aus einer Kupferlitze 6 besteht
(wobei nur eine Verbindung gezeigt ist). Das dargestellte Gehäuse weist
keinen Kollektor auf, besitzt aber eine zentrale Ausnehmung 2 zur
Aufnahme des Kollektorrings und der sich hindurcherstreckenden Rotorwelle.
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In
der Einbaustellung der 1a sind
die Bürsten
in den hinteren Teil ihres jeweiligen Halters 8 an die
zur Aufnahme des Kollektors bestimmte Ausnehmung 2 entgegengesetzte
Seite zurückgezogen. Eine
Feder 9 hält
jede der Bürsten 5 in
dieser zurückgezogenen
Einbaustellung.
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In
der Kontaktstellung der 1b sind
die Bürsten
in ihrem jeweiligen Halter 8 aufgenommen, und die Feder 9 stellt
einen Druck auf den hinteren Teil der Bürste sicher, um sie zum Kollektor
zu schieben.
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Die
Feder 9 stellt somit die doppelte Funktion sicher, die
Bürste
in einer Einbaustellung und dann in einer Kontaktstellung zu halten.
Diese Feder 9 stellt jedoch ein separates Teil des Gehäuseträgers 1 dar. Sie
muss somit getrennt hergestellt und anschließend am Gehäuse angebracht werden. Zudem
muss der Anlagepunkt der Feder 9 von Hand auf die Oberseite
oder auf die Rückseite
der Bürste
aufzusetzen, um die Bürste
in eine Einbau- bzw. Kontaktstellung zu bringen.
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Zudem
ist die elektrische Verbindung der Bürste 5 auch durch
ein zusätzliches
Element gesichert, das durch die Kupferlitze 6 gebildet
ist.
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Die
Vielzahl der für
die gute Betriebsweise des Kollektorgehäuse notwendigen Teile erhöht dessen
Kosten und macht seine Herstellung aufwändig. Zudem erfordert der Übergang
der Bürsten
von einer Einbaustellung in eine Kontaktstellung das manuelle Eingreifen
einer Bedienperson.
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Es
besteht somit ein Bedarf an einem vereinfachten Kollektorgehäuse, das
es ermöglicht,
die Bürsten
in einfacher, wirksamer und automatischer Weise von einer Einbaustellung
in eine Kontaktstellung zu bringen.
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Hierzu
schlägt
die Erfindung ein Kollektorgehäuse
für einen
Elektromotor vor, das Folgendes aufweist:
- – einen
Träger;
- – am
Träger
befestigte flexible Lamellen;
- – an
den flexiblen Lamellen befestigte Bürsten, wobei die Lamellen die
Bürsten
zu einer Kontaktstellung gegen einen Kollektor pressen können;
- – Schließmittel,
die die flexiblen Lamellen in einer von der Kontaktstellung zurückgezogenen
Stellung halten können.
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Gemäß den Ausführungsformen
kann das erfindungsgemäße Kollektorgehäuse ein
oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- – mindestens
eine flexible Lamelle ist elektrisch leitend;
- – der
Träger
ist eine Leiterplatte.
- – die
flexiblen Lamellen können
die Bürsten
elektrisch versorgen;
- – das
Schließmittel
ist eine Zunge, die sich parallel zur flexiblen Lamelle erstreckt
und ein erstes, feststehendes Ende sowie ein zweites, freies Ende
aufweist, das mit einem seitlichen Haken versehen ist, der die flexible
Lamelle einhaken kann;
- – das
feststehende Ende der Zunge des Schließmittels ist an der flexiblen
Lamelle befestigt;
- – das
Schließmittel
ist mit der flexiblen Lamelle einstückig ausgeführt.
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Die
Erfindung betrifft ebenfalls einen Gleichstromelektromotor mit
- – einem
erfindungsgemäßen Kollektorgehäuse;
- – einer
Rotorwelle, die mit einem zwischen den Bürsten des Kollektorgehäuses zusammengefügten Kollektor
versehen ist;
- – einem
Gehäuse
eines Motorelements, das Stäbe
aufweist, die die Schließmittel
so betätigen können, dass
die flexiblen Lamellen freigegeben werden, um die Bürsten zu
einer Kontaktstellung gegen den Kollektor zu pressen.
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Gemäß den Ausführungsformen
weist der erfindungsgemäße Motor
ein oder mehrere der folgenden Merkmale auf:
- – die Stäben sind
mit dem Gehäuse
einstückig ausgeführt;
- – mindestens
eine Stab hält
ein Schließmittel
von einer flexiblen Lamelle beabstandet;
- – das
Gehäuse
mit den Stäben
ist ein Getriebegehäuse
eines Fensterhebers.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
ein Verfahren zum Zusammenfügen
eines Gleichstromelektromotors, wobei das Verfahren folgende Schritte
aufweist:
- – Bereitstellen
eines erfindungsgemäßen Kollektorgehäuses;
- – Zusammenfügen einer
mit einem Kollektor versehenen Rotorwelle mit dem Träger des
Kollektorgehäuses
und einem Stator;
- – Freigeben
der flexiblen Lamellen durch Zusammenbau eines Gehäuses eines
Motorelements, das Stäben
zum Betätigen
der Schließmittel
enthält.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Lektüre der ausführlichen
folgenden Beschreibung der Ausführungsformen
der Erfindung, die ausschließlich
beispielhaft und mit Bezug auf die der Zeichnungen angegeben sind.
Darin zeigen:
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1a,
die bereits beschrieben wurde, ein Schema eines Kollektorgehäuses nach
dem Stand der Technik mit den Bürsten
in der Einbaustellung;
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1b,
die bereits beschrieben wurde, ein Schema eines Kollektorgehäuses nach
dem Stand der Technik mit den Bürsten
in der Kontaktstellung;
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2 ein
Schema eines erfindungsgemäßen Kollektorgehäuses mit
den Bürsten
in der Einbaustellung;
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3 eine
detaillierte, schematische Ansicht einer Bürste in der Kontaktstellung
auf einem erfindungsgemäßen Kollektorgehäuse;
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4 eine
schematische Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Elektromotors.
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Das
erfindungsgemäße Kollektorgehäuse weist
einen Träger,
flexible Lamellen und an den flexiblen Lamellen befestigte Bürsten auf.
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Die
flexiblen Lamellen können
die Bürsten
zu einer Kontaktstellung gegen einen Kollektor pressen. Schließmittel
können
die Lamellen in einer von der Kontaktstellung zurückgezogenen
Stellung halten, d.h. um die Bürsten
in einer Einbaustellung zu halten, in welcher die Bürsten von
ihrer Kontaktstellung beabstandet sind.
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Beim
Einbau des Motors werden die Schließmittel durch Stäben eines
Motorelements, beispielsweise des Getriebegehäuses betätigt. Das Kollektorgehäuse benötigt also
keine spezifische Elemente, um die Schließmittel zu betätigen. Die
Auslegung und Herstellung des erfindungsgemäßen Kollektorgehäuses sind
somit vereinfacht.
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Die
flexiblen Lamellen sind mit den Bürsten fest verbunden und drücken die
Bürsten
zu ihrer Kontaktstellung Es genügt
also, die Lamellen von den Schließmitteln zu befreien, um die
Bürsten
in eine Kontaktstellung zu bringen. Dieser Vorgang kann automatisch
beim Einbau des Motors erfolgen, was die Herstellung des Motors
vereinfacht.
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Die
Elemente des erfindungsgemäßen Kollektorgehäuses werden
in Bezug auf die 2 beschrieben.
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Das
Gehäuse 10 umfasst
einen Träger 11, an
welchem die flexiblen Lamellen 16 befestigt sind. Das Gehäuse 10 weist
auch Bürsten 15 auf,
die dazu bestimmt sind einen elektrischen Kontakt mit den Lamellen
eines (in 2 nicht dargestellten) Kollektors herzustellen.
Es sind zwei Bürsten
dargestellt, aber es gibt auch Kollektorgehäuse mit drei, vier oder mehr
Bürsten.
Die Bürsten 15 sind
an den flexiblen Lamellen 16 durch Kleben, Schweißen oder
Bördeln derjenigen
Seite befestigt, die der mit dem Kollektor in Kontakt zu bringenden
Seite gegenüberliegt.
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Der
in 2 dargestellt Träger 11 ist eine Leiterplatte,
auf welcher die die Bürsten 15 tragenden Lamellen 16 unmittelbar
befestigt sind. Ein Raum zwischen den Bürsten dient dem Hindurchführen einer
Rotorachse und der Aufnahme eines Kollektors, wenn der Motor zusammengefügt ist.
Der Träger 11 des
erfindungsgemäßen Kollektorgehäuses könnte genauso
ein isolierender träger
mit Verbindungsbahnen zu einer beabstandeten Leiterplatte sein,
wie mit Bezug auf die 1a und 1b beschrieben.
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Jede
flexible Lamelle 16 weist eine am Träger 11 befestige Endkante
und eine freie Endkante auf. Der Punkt zur Befestigung der Lamelle 16 am Träger ist
so bestimmt, dass die unbeaufschlagte Lamelle 16 die Bürste 15 in
deren Kontaktstellung mit den Lamellen eines Kollektors bringt.
Die Lamelle 16 weist jedoch eine solche Flexibilität auf, dass
sie in einer zurückgezogenen
Stellung gehalten werden kann, um die Bürste 15 von der Kontaktstellung
beabstandet, d.h. in einer Einbaustellung zu halten. Ein Schließmittel 17 hält die flexible
Lamelle 16 in dieser Einbaustellung.
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Das
Schließmittel 17 kann
eine Zunge sein, die sich parallel zur flexiblen Lamelle 16 erstreckt
und ein erstes festes Ende und ein zweites freies Ende aufweist,
das mit einem seitlichen Haken 18 versehen ist, der die
flexible Lamelle einhaken kann. Wenn der Haken 18 des Schließmittels
die flexible Lamelle einhakt, wird das freie Ende der Lamelle 16 nach
hinten zur Zunge 17 gezogen, so dass die an der Lamelle
befestigte Bürste 15 in
Einbaustellung des Kollektors gebracht wird. Der Haken 18 des
Schließmittels 17 kann
ein Finger sein, der sich an der Oberfläche der Lamelle 16 erstreckt,
um diese nach hinten zu kippen. Das freie Ende der flexiblen Lamelle 16 wird durch
das Schwenken der Lamelle um deren am Träger befestigtes Ende mitgenommen.
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Wenn
der Haken 18 des Schließmittels 17 von der
Lamelle 16 ausgehakt wird, wie in 3 dargestellt,
wird das freie Ende der Lamelle 16 in natürlicher
Weise nach vorne zurückgebracht
durch eine elastische Rückstelldrehbewegung
um ihr am Träger 11 befestigtes
Ende. Die an der Lamelle befestigte Bürste 15 ist somit
in Kontaktstellung mit dem Kollektor gebracht.
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Das
feststehende Ende der Zunge des Schließmittels 17 kann an
der flexiblen Lamelle 16 befestigt sein. Das Schließmittel 17 kann
beispielsweise einstückig
mit der flexiblen Lamelle 16 ausgeführt sein, um die Anzahl der
Teile bei der Herstellung des Kollektorgehäuses zu minimieren. Die Baugruppe
aus der flexiblen Lamelle 16 und der Zunge des Schließmittels 17 bildet
somit eine Art Zange.
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Zudem
können
die flexiblen Lamellen 16 elektrisch leitend sein und beispielsweise
aus Kupferplatten bestehen. Diese Lamellen 16 können als elektrische
Verbindung dienen, um das erfindungsgemäße Kollektorgehäuse noch
weiter zu vereinfachen, indem die Funktionen der Kontaktierung der Bürsten mit
dem Kollektor und der elektrischen Versorgung der Bürsten kombiniert
werden. Die Lamellen werden dann mit den Bürsten mittels eines leitenden
Materials oder Klebers geschweißt
oder geklebt.
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Das
Kollektorgehäuse 10 kann
auch weitere (nicht dargestellte) Elemente wie Kapazitäten, Spulen
oder Widerstände
umfassen, um beispielsweise ein Störfilter zu bilden oder eine
Impedanzanpassung mit dem Motor herzustellen, für welchen das Gehäuse bestimmt
ist.
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Gemäß den Ausführungsformen
und der Anordnung der verschiedenen Bauteile auf dem Kollektorgehäuse können lediglich
bestimmte Lamellen 16 leitend sein, wobei dann die anderen
Bürsten über herkömmliche
Kupferlitzen elektrisch verbunden sind, oder alle Lamellen 18 können leitend
sein.
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3 zeigt
eine schematische Ansicht der Entriegelung eines Schließmittels 17 durch
einen Stab 31, um die Bürste
in Kontaktstellung zu bringen. Die Schließmittel 17 können durch
Stäbe 31 unmittelbar
während
des Einbaus eines Gehäuses
eines Motorelements wie eines Getriebegehäuses entriegelt werden.
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Es
kann ein Getriebegehäuse
wie beispielsweise das Getriebegehäuse eines Fensterhebermotors
mit integrierten Stäben
vorgesehen sein, die beispielsweise aus Kunststoff einstückig mit
dem Getriebegehäuse
geformt sind.
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Während des
Einbaus des Getriebegehäuses
an den Motor, der bereits den im Kollektorgehäuse zusammengefügten Kollektor
umfasst, betätigen die
im Getriebegehäuse
vorgesehene Stäbe 31 die Schließmittel 17 der
flexiblen Lamellen 16. Die Stäbe sind insbesondere dazu vorgesehen,
auf die Zunge des Schließmittels 17 entlang
einer Richtung zu drücken,
die im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der flexiblen Lamelle 16 ist,
um die Zunge von der flexiblen Lamelle 16 abzuspreizen,
bis der Haken 18 des Schließmittels von der Oberfläche der
Lamelle 16 abgleitet. Die flexible Lamelle 16 ist
dann vom Schließmittel 17 und
von jeglicher Beaufschlagung freigegeben. Die flexible Lamelle kommt
dann in ihre Ruhestellung zurück,
die so gewählt
wurde, dass die Bürste 15 in
einer Kontaktstellung gegen den Kollektor ist.
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Ein
Gleichstromelektromotor, der ein erfindungsgemäßes Kollektorgehäuse umfasst,
kann wie folgt zusammengefügt
werden. Ein solcher Motor ist in einer Explosionsansicht in 4 dargestellt.
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Ein
erfindungsgemäßes Kollektorgehäuse 10 wird
hergestellt, indem gegebenenfalls leitende flexible Lamellen 16 auf
einem Träger 11,
beispielsweise unmittelbar auf einer Leiterplatte befestigt werden.
An jeder Lamelle wird eine Bürste 15 zur
Kontaktierung des Kollektors befestigt. Der Befestigungspunkt der
flexiblen Lamellen auf dem Träger
wird so ausgewählt,
dass die unbeaufschlagte Lamelle 16 die Bürste in
ihre Kontaktstellung mit dem Kollektor bringt. Es ist auch für jede Lamelle 16 ein
(in 4 nicht sichtbares) Schließmittel bereitgestellt. Das Schließmittel
kann Teil der als Zange ausgearbeiteten Lamelle sein, wobei ein
Schenkel der Zange, wie zuvor beschrieben, mit einem Haken versehen
ist. Die Bürste
wird in eine Einbaustellung gebracht, indem die flexible Lamelle
mit dem Schließmittel
befestigt wird, wie in 2 dargestellt. Das Kollektorgehäuse 10 wird
dann an einem Trägerteil 50 befestigt.
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Ein
Stator 40 und eine mit einem Kollektor 21 versehene
Rotorachse 20 können
dann mit dem Träger
des Kollektorgehäuses 10 durch
das Trägerteil 50 hindurch
zusammengefügt
werden. Die Rotorachse 20 wird in den Stator und in das
Trägerteil 50 eingeschoben
und erstreckt sich parallel zum Träger 11 des Kollektorgehäuses, so
dass der Kollektor 21 gegenüber den Kontaktbürsten 15 liegt.
Zudem sind die Lamellen des Kollektors 21 mit den Wicklungen
des Rotors elektrisch verbunden und die Bürsten 15 sind über den
Träger 11 mit
einem Steckverbinder zur elektrischen Versorgung des Motors 60 verbunden. Dieser
Schritt des Zusammenfügens
des Rotors ist nicht durch die Bürsten 15 beeinträchtigt,
die in der Einbaustellung, d.h. von ihrer Kontaktstellung mit dem
Kollektor zurückgezogen
gehalten sind.
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Sobald
der Rotor gemeinsam mit dem Kollektor mit dem Kollektorgehäuse zusammengefügt ist,
können
die flexiblen Lamellen 16 freigegeben werden, um die Bürsten 15 mit
dem Kollektor in Kontakt zu bringen. Dieses Freigeben der flexiblen
Lamellen kann beim Zusammenfügen
eines Getriebegehäuses 30 erfolgen.
Das Getriebegehäuse 30 kann
(in 4 nicht sichtbare) Stäbe aufweisen, die die Schließmittel
betätigen
können,
wie mit Bezug auf 3 beschrieben). Das Freigeben
der flexiblen Lamellen 16 erfolgt somit automatisch durch
das Zusammenfügen
des Getriebegehäuses,
und dadurch fällt
ein Schritt zum Kontaktieren der Bürsten 15 mit dem Kollektor 21 weg.
Im zusammengefügten
Zustand halten die Stäbe
die Schließmittel
von den flexiblen Lamellen beabstandet, um das Halten der Bürsten in
Kontaktstellung mit dem Kollektor zu gewährleisten.
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Selbstverständlich ist
die vorliegende Erfindung nicht auf die exemplarisch beschriebenen
Ausführungsformen
beschränkt;
die Formen der flexiblen Lamellen 16 und der Schließmittel 17 sowie
ihre Verbindung mit dem Träger 11 können verändert werden,
ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Ebenso
wurde die Erfindung mit Bezug auf ein Getriebegehäuse mit
Stäben 31 zum
Betätigen
der Schließmittel
beschrieben. Diese Stäbe 31 könnten jedoch
an dem Gehäuse
eines anderen Motorelements entsprechend der Anwendungen der Erfindung,
beispielsweise am Stator des Motors, vorgesehen sein.