-
Die Erfindung betrifft ein Bürstensystem eines Elektromotors mit einer federbelasteten Bürste zur Anlage an einem Kommutator, sowie einen Elektromotor eines Verstellantriebs eines Kraftfahrzeugs, mit einem Bürstensystem.
-
Kraftfahrzeuge umfassen üblicherweise Verstellteile, beispielsweise Seitenfenster und/oder ein Schiebedach, welche mittels eines elektromotorischen Verstellantriebs geöffnet und geschlossen werden können. Das jeweilige Verstellteil wird mittels eines von einem Elektromotor angetriebenen Getriebes in Form insbesondere eines Schneckengetriebes mit einer (antriebsseitigen) Schnecke auf der Motorwelle und mit einem (abtriebsseitigen) Schneckenrad betätigt. Herkömmlicherweise ist das Getriebe in einem Getriebegehäuse angeordnet, an welches der Elektromotor über dessen Motorgehäuse (Poltopf) angeflanscht ist. Üblicherweise wird der Elektromotor an dessen Stirnseite am Getriebegehäuse befestigt, wobei ein Achszapfen, d. h. das den antriebsseitigen Getriebeteil (wellenendseitige Schnecke) tragende Wellenende der Motorwelle des Elektromotors in das Getriebegehäuses hineinragt.
-
An der Stirnseite des Elektromotors befinden sich zudem Steckkontakte, die mit korrespondierenden im Getriebegehäuse angeordneten Gegenkontakten elektrisch verbunden werden. Die Steckkontakte sind in einem herkömmlicherweise aus Kunststoff hergestellten Bürstensystem des Elektromotors formschlüssig angeordnet und mittels Strukturen gegen ein Verrutschen oder Verschieben gesichert. Die Strukturen der Steckkontakte können sägezahn- oder tannenbaumartig und verhindern mittels der als Widerhaken wirkenden Zähne eine Verlagerung der Steckkontakte sowohl bei der Montage als auch während des Betriebs des Antriebs. Bei der Herstellung des Elektromotors werden die Steckkontakte mit dem Kunststoff des Grundkörpers umspritzt und somit der Formschluss zwischen diesen beiden hergestellt.
-
Mit den Steckkontakten sind Bürsten des Bürstensystems mittels Anschlusslitzen elektrisch kontaktiert. Die aus gepresstem Kohlestaub hergestellten Bürsten sind um einen zentralen Kommutator angeordnet und liegen in korrespondierenden Köchern ein. Mittels an den Bürsten und an den Köchern befestigten Blattfedern werden die Bürsten gegen den Kommutator gepresst. Folglich stehen die Bürsten mit dem Kommutator in elektrischem Kontakt und bestreichen dessen Kommutatorlamellen während des Motorbetriebs. Während des Betriebs des Elektromotors werden die Bürsten im Zuge des Bestreichens des Kommutators aufgrund von Reibung abgetragen. Die entstehenden Abriebpartikel können sich zwischen den einzelnen Kommutatorlamellen ablagern und diese kurzschließen. Ferner kann die entstehende Reibungshitze einen Abbrand der Bürsten und des entstehenden Kohlestaubs begünstigen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonderes geeignetes Bürstensystem eines Elektromotors und einen besonders geeigneten Elektromotor eines Verstellantriebs eines Kraftfahrzeugs anzugeben, die vorteilhafterweise vergleichsweise einfach zu montieren sind, und bei denen insbesondere die Betriebssicherheit erhöht und geeigneterweise ein Bürstenabrieb verringert sind.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe hinsichtlich des Bürstensystems durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Elektromotors durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Das Bürstensystem des Elektromotors weist mindestens eine Bürste auf, die beispielsweise aus gepresstem Kohlenstaub hergestellt ist, und an der geeigneterweise eine Anschlusslitze angebunden ist. Mit der Bürste steht ein Umlenkhebel, beispielsweise aus einem Kunststoff, in Wirkverbindung, der um eine Drehachse schwenkbar gelagert ist. Beispielsweise ist hierfür an dem Umlenkhebel ein Zapfen angebunden oder angeformt, der in einer korrespondierenden Lagerstelle des Bürstensystems angeordnet ist. Mit dem Umlenkhebel steht ferner eine Feder in Wirkverbindung, und die Feder ist insbesondere an dem Umlenkhebel angebunden. Mittels der Feder wird eine Kraft auf den Umlenkhebel ausgeübt, der daraufhin um die Drehachse verschwenkt wird. Infolge dessen wird die Bürste bewegt, wobei zweckmäßigerweise die Bürste in einem Köcher geführt ist. Die Bewegungsrichtung der Bürste ist hierbei auf die Stelle zu, an der sich im Montagezustand des Elektromotors ein Kommutator befindet. Mit anderen Worten wird während des Betriebs des Elektromotors die Bürste mittels der Feder über den Umlenkhebel auf den Kommutator gepresst. Folglich ist der Kommutator mit der Bürste und insbesondere mit der Anschlusslitze elektrisch kontaktiert und ein elektrischer Stromfluss zur Bestromung eines den Kommutator umfassenden Rotors ermöglicht.
-
Wegen der Ansteuerung der Bürste über den Umlenkhebel ist die Montage des Bürstensystems und des Elektromotors vereinfacht. Beispielsweise wird die mit der Anschlusslitze versehene Bürste in den Köcher gesteckt und die Feder montiert. In einem darauffolgenden Schritt wird der Kommutator in dem Elektromotor montiert, wobei dieser insbesondere in einer zentralen Aussparung des Bürstensystems angeordnet ist. Hierbei beeinflusst die Bürste die Montage nicht negativ, da auf diese aufgrund des fehlenden Umlenkhebels noch keine Kraft ausgeübt wird und diese somit nicht den zukünftigen Platz des Kommutators einnimmt. Erst wenn der Kommutator sich in seiner Endlage befindet, wird der Umlenkhebel an dem Bürstensystem angebracht und die Federkraft auf die Bürste in Richtung des Kommutators ausgeübt. Ebenso denkbar ist es, das Bürstensystem vor Anbringung des Kommutators im Wesentlichen vollständig zu montieren und den Umlenkhebel derart zu befestigen, z. B. mit einer entsprechenden Struktur zu verrasten, dass keine Kraft auf die Bürste ausgeübt wird. Erst wenn der Elektromotor im Wesentlichen vollständig montiert ist, wird der Umlenkhebel freigegeben und die Federkraft auf die Bürste ausgeübt.
-
Ein weiterer Aspekt des Umlenkhebels ist, dass aufgrund der Dämpfungseigenschaften des Umlenkhebels Rückkopplungen von Vibrationen der Bürste auf die Feder unterbunden werden. Derartige Vibrationen werden beispielsweise durch Unebenheiten des Kommutators aber jedoch auch durch die einzelnen Kommutatorlamellen selbst hervorgerufen. Folglich ist die auf die Bürste ausgeübte Federkraft keinen Schwankungen unterworfen, sondern vielmehr im Wesentlichen konstant. Daher ist der Abrieb an der Bürste verringert, wobei der elektrische Kontakt sichergestellt ist.
-
Bevorzugt weist der Umlenkhebel einen ersten und einen zweiten Schenkel auf, wobei sich die Drehachse zwischen den beiden Schenkeln befindet. Der erste Schenkel ist der Feder zugeordnet, die beispielsweise an diesem angebunden ist oder zumindest an diesem direkt oder indirekt anliegt. Der zweite Schenkel ist der Bürste zugeordnet. Vorzugsweise liegt die Bürste an dem Freiende des zweiten Schenkels an, wobei das Freiende denjenigen Bereich des zweiten Schenkels bezeichnet, der den größten Abstand zur Drehachse aufweist. Aufgrund der Anordnung der Feder und der Bürste auf unterschiedlichen Seiten des Umlenkhebels bzgl. der Drehachse ist die Konstruktion des Bürstensystems vereinfacht, zumal die Feder und die Bürste sich gegenseitig nicht auf einer Seite der Drehachse behindern. Ferner ist es ermöglicht, aufgrund des wirkenden Hebelarms eine vergleichsweise kostengünstige und/oder platzsparende Feder zu verwenden, da die auf die Bürste wirkende Federkraft mittels der jeweiligen Schenkellängen eingestellt wird.
-
Besonders bevorzugt ist eine Anlagefläche der Bürste angeschrägt, wobei unter Anlagefläche eine dem Umlenkhebel zugewandte Seite der Bürste verstanden wird. Insbesondere liegt der Umlenkhebel an der Anlagefläche direkt an. Angeschrägt bezeichnet hierbei, dass die Anlagefläche nicht senkrecht zu der Richtung ist, in die die Bürste mittels der Feder gedrückt ist. Insbesondere ist die Anlagefläche nicht senkrecht zur radialen Richtung des Elektromotors. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Anlagefläche parallel zur Drehachse. Folglich kann hiermit eine Nicht-Linearität der radialen Bewegung des Umlenkhebels während der Schwenkbewegung ausgeglichen werden, so dass die auf die Bürste wirkende Kraft auf die aktuelle Länge der Bürste angepasst ist. Insbesondere ist die auf die Bürste ausgeübte Kraft während der Lebensdauer des Elektromotors konstant, unabhängig von dem bisherigen Abrieb der Bürste.
-
Zweckmäßigerweise ist dabei die radiale Ausdehnung der Bürste mit zunehmendem Abstand zur Drehachse verringert. Mit anderen Worten ist der mittels der Anlagefläche gebildete spitze Winkel zwischen den Seiten der Bürsten auf die Drehachse hin versetzt. Zweckmäßigerweise wird dabei während des Betriebs des Elektromotors der mit der Bürste gekoppelte Teil des Umlenkhebels in radiale Richtung mittels der Feder auf den Kommutator hin verschwenkt. Dabei gleitet der Umlenkhebel die Anlagefläche entlang in Richtung des spitzen Winkels.
-
Zweckmäßigerweise ist die Feder eine Schraubenfeder. Geeigneterweise ist der Verlauf der Schraubenfeder zumindest teilweise in axialer Richtung, wobei sich die Erstreckungsrichtung der Feder während des Verschwenkens des Umlenkhebels um die Drehachse verändert. Insbesondere ist der Verlauf der Schraubenfeder im vollständig gespannten Zustand, also falls noch kein Abrieb der Bürste eingesetzt hat, vollständig in axialer Richtung des Elektromotors. Auf diese Weise ist der Platzbedarf der Feder vergleichsweise gering und in einem Bereich, der von keinen weiteren Komponenten des Bürstensystems benötigt wird. Vorteilhafterweise ist innerhalb der Schraubenfeder eine Federführung angeordnet. Die Federführungen sind beispielsweise Zapfen, die an der oder den Befestigungsstellen der Feder an dem Bürstensystem bzw. an dem Umlenkhebel angebracht und insbesondere angeformt sind. Mittels der Zapfen wird ein Verknicken der Feder im Endbereich vermieden und folglich die Betriebssicherheit des Elektromotors erhöht.
-
In einer hierzu alternativen Ausführungsform ist die Feder eine schneckenförmig um die Drehachse gebogene Blattfeder, die einerseits an dem Umlenkhebel und andererseits an dem Bürstensystem festgelegt ist. Hierbei ist die Blattfeder gespannt, wenn noch kein Abrieb der Bürste eingesetzt hat. Das Material der Blattfeder ist vorzugsweise Federstahl. Mittels einer derartigen Ausführungsform der Feder ist der Platzbedarf vergleichsweise gering und ein Verhaken der Feder mit etwaigen weiteren Komponenten des Bürstensystems ausgeschlossen.
-
Zum Beispiel ist die Drehachse senkrecht zur Rotationsachse des Kommutators und insbesondere tangential hierzu. Folglich wird der Umlenkhebel während der Schwenkbewegung zumindest teilweise in Axialrichtung des Elektromotors bewegt, also eine Richtung parallel zur Rotationsachse des Kommutators. Wegen einer derartigen Verschwenkung ist der Platzbedarf des Umlenkhebels auf dem Bürstensystem vergleichsweise gering, so dass weitere Komponenten nicht oder nur unwesentlich von der Ansteuerung der Bürste behindert oder beeinträchtigt werden.
-
Zum Beispiel ist der Umlenkhebel M-förmig gestaltet, wobei vorzugsweise die Drehachse im mittleren Bereich verläuft. Mit anderen Worten besteht der Umlenkschenkel aus zwei aneinander gefügten V-Formen, wobei an der Fügestelle oder in einem angrenzten Bereich die Drehachse verläuft. Insbesondere ist hierfür ein Zapfen an eine der beiden V-Formen angeformt. Die beiden die M-Form ergebenden V-förmigen Haken können dabei unterschiedlich geformt sein, so dass der Umlenkhaken nicht symmetrisch ist. Insbesondere ist einer der V-förmigen Haken der erste Schenkel und der verbleibende V-förmige Haken der zweite Schenkel. Mit anderen Worten ist einem der beiden Haken die Feder und dem anderen die Bürste zugeordnet. Aufgrund einer derartigen Gestaltung des Umlenkhebels ist die Kraftausübung auf die Bürste mittels der Feder optimiert, wobei vergleichsweise wenig Bauraum benötigt wird.
-
Zweckmäßigerweise weist das Bürstensystem zwei Bürsten auf, wobei auf jede die Federkraft mittels eines zugeordneten Umlenkhebels ausgeübt wird. Dabei ist es denkbar, dass eine einzige Feder verwendet wird, die an beiden Umlenkhebeln angreift. Bevorzugt jedoch ist jedem Umlenkhebel eine eigene Feder zugeordnet, was die Montage der beiden Bürsten unabhängig voneinander macht und somit vereinfacht. Zweckmäßigerweise sind die Bürsten auf gegenüberliegenden Seiten des Kommutators punktsymmetrisch zu diesen angeordnet. Dies bedingt eine einfachere Montage, einen optimierten Platzbedarf und eine ausgewogene Gewichtsverteilung des Elektromotors.
-
Der Elektromotor ist geeigneterweise Bestandteil eines Verstellantriebs eines Kraftfahrzeugs. Der Verstellantrieb, der insbesondere ein Fensterheber ist, weist zum Beispiel ein Getriebe auf, das in einer Wirkverbindung mit einem Verstellteil steht. Das Getriebe selbst ist mittels des Elektromotors angetrieben. Aufgrund der Dämpfung und Entkopplung der Bürste von der Feder ist die Verstellgeschwindigkeit des Verstellteils entlang eines Verstellweges vergleichsweise konstant, auch bei einem vergleichsweise unebenen Kommutator. Ebenso entspricht bei einer vergleichsweise großen Betriebsdauer und einem unregelmäßigen Abrieb der Bürsten die Verstellgeschwindigkeit des Verstellteils und die Verstellkraft den jeweils ursprünglichen. Darüber hinaus ist der Abrieb der Bürsten bei einer Bewegungsumkehr des Verstellteils und folglich einer Rotationsumkehr des Kommutator reduziert. Dabei ist der auf die Bürsten ausgeübte Druck konstant, so dass die Bestromung während dieser Zeit im Wesentlichen konstant ist, was zu einer vergleichsweise gleichmäßigen Geschwindigkeitsänderung führt.
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 schematisch einen Fensterheber als Verstellantrieb,
-
2 perspektivisch ein Bürstensystem,
-
3a, 3b einen Umlenkhebel des Bürstensystems, und
-
4a, 4b den Umlenkhebel in Wirkverbindung mit einer Bürste.
-
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
In 1 ist schematisch ein elektrischer Fensterheber 2 mit einer Fensterscheibe 4 dargestellt, wobei der Fensterheber 2 in einer Tür 6 eines Kraftfahrzeugs integriert ist. Die Fensterscheibe 4 wird mittels eines Verstellantriebs 8 entlang eines Verstellweges 10 verbracht. Der Verstellantrieb 8 umfasst einen Elektromotor 12, dem wellenseitig ein Schneckengetriebe 14 zugeordnet ist, mittels dessen die Rotationsbewegung des Elektromotors 12 in eine Translationsbewegung der Fensterscheibe 4 umwandelt wird. Der als Kommutatormotor ausgeführte Elektromotor 12 wird von einer Steuerelektronik 16 mit elektrischer Energie versorgt, sobald ein Insasse des Kraftfahrzeugs eine Verstellbewegung der Fensterscheibe 4 entlang des Verstellwegs 10 mittels Betätigung eines Tasters 18 startet. Innerhalb der Steuerelektronik 16 ist ein Einklemmschutz integriert, der ein Einklemmen eines Objekts von der Fensterscheibe 4 verhindert, das sich innerhalb des Verstellwegs 10 befindet.
-
Der Elektromotor 12 weist einen Kommutator und zwei Bürsten 20 auf, die mit dem Kommutator während des Betriebs elektrisch kontaktiert sind. Jede Bürste 20 ist in jeweils einem korrespondierenden Köcher 22 eines Bürstensystems 24 angeordnet, der diese entlang deren Längsseiten teilweise formschlüssig umgibt. Die Positionen der Bürsten 20 und deren jeweiliger Köcher 22 ist bezüglich einer Rotationsachse 26 des Elektromotors 12 um 180° versetzt, wie aus 2 ersichtlich ist. Mit anderen Worten ist die Position der Bürsten 20 bzgl. der Rotationsachse 26 spiegelbildlich. Jede der Bürsten 20 ist über eine Anschlusslitze 28 mit einer Drossel 30 elektrisch kontaktiert. Die Drosseln 30 selbst sind über etwaige weitere elektronische Bauteile, wie zum Beispiel Kondensatoren oder Widerstände, an Anschlussstecker 32 geführt. An den Anschlusssteckern 32 greift eine elektrische Verbindung, wie zum Beispiel ein Kabel oder blattfederartige Kontaktstecker an, die mit der Steuerelektronik 16 elektrisch verbunden sind. Mit anderen Worten wird während des Betriebs der Elektromotor 12 über die Anschlussstecker 32 bestromt.
-
Die Bürsten 20 werden jeweils über einen Umlenkhebel 34 von einer Feder 35 mit Kraft beaufschlagt, wie in den 3a bis 4b dargestellt. Dabei zeigen 3a und 3b den Umlenkhebel 34 und die Bürste 20 innerhalb des Bürstensystems 24, das in 4a und 4b aufgrund der Übersichtlichkeit weggelassen ist. Der aus einem Kunststoff bestehende Umlenkhebel 34 ist im Wesentlichen M-förmig und weist einen ersten Schenkel 36 und einen zweiten Schenkel 38 auf, die jeweils hakenförmig ausgebildet sind. An der Verbindungsstelle der beiden Schenkel 36, 38 ist ein Zapfen 40 angeformt, der mit einer entsprechenden Kontur 42 des Bürstensystems 24 verrastet ist. Mittels des Zapfens 40 und der Kontur 42 ist somit der Umlenkhebel 34 um eine Drehachse 44 schwenkbar gelagert, die zentral durch den Zapfen 40 verläuft. Der Verlauf der Drehachse 44 selbst ist in tangentialer Richtung, also sowohl senkrecht zu einer Axialrichtung 45, die parallel zur Rotationsachse 26 ist, als auch zu einer Radialrichtung, in die sich die Bürsten 20 vorwiegend erstrecken.
-
Der zweite Schenkel 38 des Umlenkhebels 34 liegt freiendseitig an einer Anlagefläche 46 der Bürste 20 an. Die Anlagefläche 46 der Bürste 20 ist angeschrägt. Mit anderen Worten ist diese Begrenzungsfläche der Bürste 20 nicht senkrecht zur radialen Ausdehnungsrichtung der Bürste 20. Die Anlagefläche 46 ist dabei parallel zur Drehachse 44, und die radiale Ausdehnung jeder Bürste 20 mit zunehmendem Abstand zur jeweiligen Drehachse 44 verringert.
-
Der erste Schenkel 36 des Umlenkhebels 34 ist an dessen Freiende verdickt und wird von der als Spiralfeder ausgeführten Feder 35 belastet. Um ein Verhaken oder Verdrehen der Feder 35 zu vermeiden, ist an das Freiende des ersten Schenkels 36 ein Zapfen angeformt, der sich innerhalb der Feder 35 befindet und eine Federführung 48 der Feder 35 bildet. Eine hierzu korrespondierende Federführung 48 ist an den Grundkörper des Bürstensystems 34 angeformt, an dem das verbleibende Ende der Feder 35 befestigt ist. Im gespannten Zustand der Feder 35 verläuft die Feder 35 lediglich in Axialrichtung 45, wie in 3a und 4a gezeigt. Ein derartiger Zustand stellt sich direkt nach der Montage des Elektromotors 12 ein, wenn jede Bürste 20 die maximale Ausdehnung aufweist und an dem Kommutator anliegt.
-
Während des Betriebs des Elektromotors 12 wird jede Bürste 20 aufgrund des Bestreichens des Kommutators abgetragen und somit in deren Länge verkürzt. Solange die Bürste 20 nicht an dem Kommutator anliegt, setzt sie dem federbelasteten Umlenkhebel 34 keinen Widerstand entgegen, weshalb dieser mittels der Feder 35 um die Drehachse 44 verschwenkt wird. Aufgrund dessen wird die Bürste 20 innerhalb des Köchers 22 in Richtung der Rotationsachse 26 geschoben, wie in 3b und 4b gezeigt. Die Bewegung wird erst dann unterbrochen, wenn die Bürsten 20 an dem Kommutator kraftschlüssig anliegen. Während dieses Prozesses wird die Feder 35 zumindest teilweise entspannt und verändert deren Ausdehnung aus einer vorwiegend in Axialrichtung 45 in eine, die radiale Komponenten aufweist.
-
Wenn der Umlenkhebel 34 um die Drehachse 44 mittels der Feder 35 verschwenkt wird, gleitet das Freiende des zweiten Schenkels 38 an der Anlagefläche 46 in Axialrichtung 45 auf die der Feder 35 zugewandte Begrenzungsfläche der Bürste 20 zu, an dem auch die Anschlusslitze 38 befestigt ist. Aufgrund der Schrägstellung der Anlagefläche 46 wird dabei die Bürste 20 um einen größeren Betrag in radialer Richtung auf die Rotationsachse 26 verschoben, als es der Fall bei einer senkrechten Anlagefläche 46 wäre. Mit anderen Worten wird eine vergleichsweise geringe Entspannung der Feder 35 in eine vergleichsweise große Positionsänderung der jeweiligen Bürste 20 umgesetzt.
-
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Fensterheber
- 4
- Fensterscheibe
- 6
- Tür
- 8
- Verstellantrieb
- 10
- Verstellweg
- 12
- Elektromotor
- 14
- Getriebe
- 16
- Steuerelektronik
- 18
- Taster
- 20
- Bürste
- 22
- Köcher
- 24
- Bürstensystem
- 26
- Rotationsachse
- 28
- Anschlusslitze
- 30
- Drossel
- 32
- Anschlussstecker
- 34
- Umlenkhebel
- 35
- Feder
- 36
- erster Schenkel
- 38
- zweiter Schenkel
- 40
- Zapfen
- 42
- Kontur
- 44
- Drehachse
- 45
- Axialrichtung
- 46
- Anlagefläche
- 48
- Federführung
