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Die
Erfindung betrifft einen vierpoligen elektromotorischen Antrieb
mit einem Hammerbürstenhaltersystem.
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Elektromotorische
Antriebe, die einen Stator und einen Rotor aufweisen, wobei der
Rotor eine Rotorwelle, ein Rotorblechpaket und einen mit Lamellen versehenen
Kommutator enthält, sind bereits bekannt. Derartige elektromotorische
Antriebe werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen als Antriebsmotoren
im Zusammenhang mit einer Servolenkung, einem automatischen Bremssystem
und einem Kühlerlüfter verwendet.
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Des
Weiteren sind bereits Bürstensysteme bekannt, bei denen
die Kohlebürsten in Bürstenköchern geführt
werden. Nachteilig bei diesen Bürstensystemen ist, dass
sie im Betrieb anfällig gegenüber Sand und anderem
Schmutz sind. Dies kann dazu führen, dass die Kohlebürsten
sich im jeweiligen Köcher nicht mehr in der gewünschten
Weise bewegen können, sondern verklemmt werden. Dies hat
einen Ausfall des Bürstensystems und damit des gesamten elektromotorischen
Antriebs zur Folge.
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Ferner
sind bereits Bürstensysteme bekannt, bei denen als Bürstenträger
sogenannte Hammerhalter verwendet werden. Nachteilig bei diesen
Systemen ist der hohe Platzbedarf, der für eine Anwendung
in Kleinmotoren hinderlich ist.
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Aus
der
EP 0 651 472 B1 ist
eine Kunststoff-Hammerbürstenhalteranordnung bekannt, die einen
Bürstentragarm aufweist, dessen eines Ende mit einer Bürstenaufnahme
und dessen anderes Ende mit einer drehbaren Lagerung versehen ist. Des
Weiteren sind die freien Außenflächen des Bürstentragarmes
mit einer geräuschdämmenden und/oder geräuschdämpfenden
Ummantelung versehen.
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Aus
der
EP 0 791 988 B1 ist
ein Kunststoff-Hammerbürstenhalter in Form eines Schwenkarms
für eine elektrische Maschine bekannt. Dabei ist eine kastenförmige
Bürstenaufnahme an einem Ende des Schwenkarmes und zumindest
eine Schwenklagerung am anderen Ende des Schwenkarmes vorgesehen.
Ferner enthält der Schwenkarm einen die Schwenklagerung
mit der kastenförmigen Bürstenaufnahme verbindenden
dünnwandigen Verbindungssteg. Dieser mündet zumindest
an seinem einen Ende gespreizt in die im Wesentlichen zu dem Verbindungssteg
parallel verlaufenden Seitenlängswände der kastenförmigen
Bürstenaufnahme.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen vierpoligen elektromotorischen
Antrieb anzugeben, dessen Bürstensystem mit einfachen und
kostengünstigen Mitteln aufgebaut werden kann und dennoch
unempfindlich gegenüber Sand und anderem Schmutz ist.
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Diese
Aufgabe wird durch einen vierpoligen elektromotorischen Antrieb
mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den abhängigen Ansprüchen.
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Die
Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass die Funktionsweise
des elektromotorischen Antriebs im Betrieb auch im Falle eines Eindringens
von Sand und anderem Schmutz länger gegeben ist als bei
bekannten elektromotorischen Antrieben. Dies ist darauf zurückzuführen,
dass die Kohlebürsten nicht innerhalb eines Bürstenköchers geführt
werden, sondern jeweils in einer kastenförmigen Bürstenaufnahme
eines Bürstentragarmes befestigt sind, dessen anderes Ende
eine drehbare Lagerung aufweist. Bei einer derartigen Lagerung sind die
gleitenden Flächen auf ein Minimum reduziert. Durch eine
geschickte Anordnung dieser gleitenden Flächen und der
federnden Elemente des Bürstensystems, bei welchen es sich
in vorteilhafter Weise um Schenkelfedern handelt, kann weitgehend
sichergestellt werden, dass diese Flächen vor Verunreinigungen
geschützt sind. Des Weiteren weist ein Bürstensystem gemäß der
Erfindung eine reduzierte Anzahl von Bauteilen auf und kann platzsparend
und kostengünstig realisiert werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, das als Hammerbürstenhaltersystem realisierte
Bürstensystem mit nur zwei Bürstentragarmen auszustatten,
in deren Bürstenaufnahme jeweils eine Kohlebürste
eingesetzt ist, und um 180° zueinander winkelversetzte Lamellen
des Kommutators jeweils über einen elektrischen Leiter
miteinander zu verbinden. Durch diese Verbindungen wird ein Vorliegen
von insgesamt vier Kohlebürsten simuliert, obwohl nur zwei
Kohlebürsten vorhanden sind. Dies stellt im Vergleich zum Stand
der Technik eine erhebliche Einsparung der Anzahl der verwendeten
Bauteile und damit auch eine erhebliche Platzeinsparung dar. Insbesondere begünstigt
es die vorstehend beschriebene Architektur, Hammerbürstenhaltersysteme,
die an und für sich viel Platz benötigen, auch
im Zusammenhang mit vierpoligen Anwendungen einzusetzen.
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Dabei
sind die beiden Bürstentragarme auf dem Grundkörper
des Bürstensystems um 90° zueinander winkelversetzt.
Dies hat den Vorteil, dass auf dem Grundkörper vergleichsweise
viel Platz für eine Anbringung der bei einem Bürstensystem
notwendigen Entstörbauteile und – sofern gewünscht – eines Temperaturschutzelementes
verbleibt. Des Weiteren verbleibt auch viel Platz, der für
Kühlluftöffnungen verwendet werden kann.
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Die
notwendigen elektrischen Verbindungen zwischen den Kohlebürsten
und den Entstörbauteilen werden in vorteilhafter Weise
mittels eines oder mehrerer Massivdrahtstücke realisiert.
Dadurch wird weiterer Platz eingespart. Ferner handelt es sich beim
Massivdraht um ein kostengünstiges, im Handel ohne Probleme
erwerbbares Bauteil, welches in einfacher Weise in das Bürstensystem
einbaubar ist. Eine Verwendung von Massivdraht hat weiterhin den Vorteil,
dass im Nachhinein in einfacher Weise zusätzliche Bauteile
in das System eingebunden werden können, da die notwendige
elektrische Kontaktierung des Massivdrahtes mit dem zusätzlichen Bauteil
ohne ein vorheriges Entfernen von Isolierungen, etc., vorgenommen
werden kann.
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Weitere
vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren
beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
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1 eine
Skizze zur Veranschaulichung der wesentlichen Bestandteile eines
elektromotorischen Antriebs gemäß der Erfindung,
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2 eine
perspektivische Darstellung der Oberseite eines Hammerbürstenhaltersystems,
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3 eine
perspektivische Darstellung der Unterseite des Hammerbürstenhaltersystems
gemäß 2 und
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4 eine
schematische Ansicht der Stirnseite des Kommutators eines elektromotorischen
Antriebs gemäß der Erfindung.
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Die 1 zeigt
eine Skizze zur Veranschaulichung der wesentlichen Bestandteile
eines elektromotorischen Antriebs gemäß der Erfindung.
Bei diesem Antrieb handelt es sich um einen vierpoligen Antrieb,
welcher im Zusammenhang mit dem Kühlerlüfter eines
Kraftfahrzeugs verwendet wird.
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Der
dargestellte elektromotorische Antrieb weist einen Stator 1 auf,
dem insgesamt vier Statorpole 1a angehören. Des
Weiteren enthält er einen Rotor 2, zu welchem
eine Rotorwelle 3, ein Rotorzähne 4 enthaltendes
Rotorblechpaket 5 und ein mit Lamellen 6 versehener
Kommutator 7 gehören. Die Lamellen 6 sind äquidistant
in Umfangsrichtung des Kommutators verteilt. Jede der Lamellen weist
von der jeweils benachbarten Lamelle einen vorgegebenen Abstand
in Umfangsrichtung des Kommutators auf.
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Des
Weiteren weist der dargestellte elektromotorische Antrieb ein Bürstensystem 8 auf,
welches in Form eines Hammerbürstenhaltersystems realisiert
ist. Dessen Kohlebürsten kontaktieren im Betrieb die Lamellen 6 des
Kommutators 7.
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Die 2 zeigt
eine perspektivische Darstellung der Oberseite eines Hammerbürstenhaltersystems 8.
Dieses weist einen aus Kunststoff bestehenden Grundkörper 9 auf,
welcher profiliert ausgebildet ist und auf welchem die weiteren
Bauteile des Bürstensystems befestigt sind.
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Zu
diesen weiteren Bauteilen gehören zwei in Form eines Hammerhalters
ausgebildete Bürstentragarme 10. Jeder dieser
Bürstentragarme 10 weist ein erstes Ende auf,
an welchem sich eine Bürstenaufnahme 11 befindet.
In diese Bürstenaufnahme 11 ist jeweils eine Kohlebürste 13 eingesetzt.
Im Betrieb des elektromotorischen Antriebs tritt keine Relativbewegung
zwischen der jeweiligen Kohlebürste 13 und dem
zugehörigen Bürstentragarm 10 auf. Weiterhin weist
jeder dieser Bürstentragarme ein zweites Ende auf, an welchem
er mittels einer drehbaren Lagerung 12 mit dem Grundkörper 9 verbunden
ist. In den Bereich der drehbaren Lagerung 12 ist jeweils
eine Schenkelfeder 18 eingesetzt, die sich in Axialrichtung erstreckt.
Wird die Kohlebürste 13 in Radialrichtung nach
außen bewegt, d. h. vom Kommutator abgehoben, dann erfolgt
eine Vorspannung der Schenkelfeder 18. Wird die Kohlebürste 13 in
Radialrichtung nach innen bewegt, d. h. in Richtung des Kommutators,
dann erfolgt eine Entspannung der Schenkelfeder 18.
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Bei
einem derartig aufgebautem Bürstensystem sind die im Betrieb
gleitenden Flächen minimiert. Sie treten lediglich im Bereich
der drehbaren Lagerungen 12 der Bürstentragarme 10 auf
und können derart angeordnet werden, dass sie vor Verunreinigungen
weitgehend geschützt sind. Die Kohlebürsten 13 selbst
sind in vorteilhafter Weise fest in die Bürstenaufnahmen 11 der
Bürstentragarme 10 eingesetzt und führen
im Betrieb keine Relativbewegungen zum jeweiligen Bürstentragarm
aus.
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Des
Weiteren weist das in der 2 gezeigte
Hammerbürstenhaltersystem Entstörbauteile 15 auf,
bei denen es sich um Entstördrosseln handelt. Diese erstrecken
sich jeweils parallel zu einem der Bürstentragarme, so
dass sie im Bürstensys tem platzsparend gelagert sind. Ferner
weist das dargestellte Bürstensystem Entstörkondensatoren 20 auf.
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Die
notwendigen elektrischen Kontaktierungen zwischen den Kohlebürsten 13,
den Entstörbauteilen 15, 20 und einem
elektrischen Anschlusskabel 16 erfolgen unter Verwendung
eines oder mehrerer Massivdrahtstücke 17. Massivdraht
ist im Handel kostengünstig erwerbbar, kann in einfacher
Weise auf die jeweils notwendige Länge abgelängt,
dann in eine gewünschte Form gebogen und schließlich
am Grundkörper 9 befestigt werden, welcher vorzugsweise
mit Drahtführungsbahnen versehen ist, innerhalb welcher
Klemmmittel zum Festhalten des Massivdrahtes vorgesehen sind.
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Ferner
ist im profilierten Grundkörper 9 eine Aussparung
vorgesehen, in welche – sofern dies gewünscht
ist – ein Temperaturschutzelement 19 eingesetzt
werden kann, welches in der 2 gestrichelt angedeutet
ist.
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Die 3 zeigt
eine perspektivische Darstellung der Unterseite des in der 2 dargestellten Hammerbürstenhaltersystems 8.
Aus der 3 ist insbesondere ersichtlich,
dass es sich bei den verwendeten elektrischen Kontaktierungen um
Massivdrahtstücke 17 handelt, die durch ein Verbiegen
in eine gewünschte Form gebracht und dann in auf dem Grundkörper 9 vorgesehene
Drahtführungsbahnen 21 eingesetzt wurden. Diese
Drahtführungsbahnen weisen jeweils zwei im rechten Winkel
vom Grundkörper 9 abstehende Begrenzungswände
auf, zwischen welche das jeweilige Massivdrahtstück 17 eingesetzt
ist. Zu dessen Fixierung in der jeweiligen Drahtführungsbahn
sind Klemmmittel 22 vorgesehen, bei welchen es sich um
nach innen gerichtete Vorsprünge handelt. Der Grundkörper 9 und
die Führungsbahnen 21 sind in Form eines einstückigen Kunststoffspritzteils
realisiert.
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Wie
bereits oben ausgeführt wurde, handelt es sich bei dem
elektromotorischen Antrieb gemäß der Erfindung
um einen vierpoligen Antrieb.
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Dieser
vierpolige Antrieb weist gemäß der in den 2 und 3 gezeigten
Ausführungsform lediglich zwei Kohlebürsten 13 auf,
die jeweils in einem Bürstentragarm befestigt sind. Wie
insbesondere aus der 2 ersichtlich ist, sind diese
beiden Bürstentragarme auf dem Grundkörper 9 um
90° zueinander winkelversetzt angeordnet. Auch die den
Bürstenaufnahmen 11 entgegengesetzten Enden der
Kohlebürsten 13 sind bezüglich des Außenumfangs
des in der runden Innenaussparung des Grundkörpers 9 platzierten
Kommutators zueinander um 90° winkelversetzt. Ein Vorliegen
von vier Kohlebürsten, wie es bei vierpoligen Anwendungen
notwendig ist, wird dadurch simuliert, dass die um 180° zueinander
winkelversetzten Lamellen des Kommutators unter Verwendung von elektrischen
Leitern miteinander kontaktiert sind.
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Dies
ist in der 4 veranschaulicht, die eine
schematische Ansicht der Stirnseite des Kommutators 7 zeigt.
Gemäß dieser Ansicht weist der Kommutator vier äquidistant
am Außenumfang verteilte Lamellen 6a, 6b, 6c und 6d auf.
Die Lamelle 6a ist mit der zu ihr um 180° winkelversetzten
Lamelle 6c über einen elektrischen Leiter 14a verbunden. Ebenso
ist die Lamelle 6b über einen weiteren elektrischen
Leiter 14b mit der zu ihr um 180° winkelversetzten
Lamelle 6d verbunden. Die miteinander verbundenen Lamellen 6a, 6c sind
von den ebenfalls miteinander verbundenen Lamellen 6b, 6d elektrisch isoliert.
Aufgrund dieser Architektur werden die Lamellen 6a und 6c zeitgleich
mit Strom beaufschlagt. Auch die Lamellen 6b und 6d werden
zeitgleich mit Strom beaufschlagt. Dadurch wird ein Vorliegen von vier
Kohlebürsten simuliert, obwohl – wie aus den 2 und 3 ersichtlich
ist – nur zwei Kohlebürsten vorhanden sind.
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Wie
insbesondere aus der 2 hervorgeht, verbleiben auf
dem Grundkörper 9 viele freien Flächen,
die zu einem Einbringen von Öffnungen verwendet werden
können. Durch diese Öffnungen kann im Betrieb
Kühlluft geleitet werden, um einer Überhitzung
der elektrischen Bauteile des Bürstensystems entgegenzuwirken.
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Gemäß einer
weiteren, nicht in den Figuren dargestellten Ausführungsform
sind auf dem Grundkörper insgesamt vier Bürstentragarme
vorgesehen, in deren Bürstenaufnahmen jeweils eine Kohlebürste eingesetzt
ist. Diese weitere Ausführungsform ist jedoch nicht bevorzugt,
da sie im Vergleich zu der anhand der 2–4 gezeigten
Ausführungsform einen erhöhten Bauteileaufwand
aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0651472
B1 [0005]
- - EP 0791988 B1 [0006]