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Die Erfindung betrifft einen kommutierten Elektromotor. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Rückhalteeinrichtung für Schmiermittel an einem Läufer eines kommutierten Elektromotors.
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Stand der Technik
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Ein Elektromotor umfasst einen Ständer (Stator) und einen Läufer (Rotor). Der Rotor umfasst eine Welle und einen Kommutator, wobei der Kommutator aus einem wellenfesten Trägerelement und mehreren Kontaktelementen an einem äußeren Umfang des Trägerelements zusammengesetzt ist. Die Kontaktelemente sind dazu eingerichtet, an einer Bürste anzuliegen, so dass durch die Bürste und das Kontaktelement ein Strom zu einer Spule des Läufers übertragen werden kann. In Abhängigkeit eines Drehwinkels des Läufers bezüglich der Bürsten können unterschiedliche Spulen des Läufers von Strom durchflossen sein, so dass zwischen dem Läufer und dem Ständer magnetische Kräfte wirken, die den Läufer in Rotation versetzen.
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Häufig ist im Bereich des Kommutators ein Lager für die Welle angeordnet, das mit einem Schmiermittel versehen ist. Das Schmiermittel kann dazu neigen, an Oberflächen von Elementen des Elektromotors entlang zu kriechen und letztlich in den Bereich der Kontaktelemente vorzudringen. In der Folge kann zwischen benachbarten Kontaktelementen ein Strom fließen oder ein zwischen einem Kontaktelement und einer Bürste fließender Strom kann durch das Schmiermittel verringert sein. Dadurch können Fehlfunktionen des Elektromotors bedingt sein.
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Es sind unterschiedliche Vorschläge gemacht worden, Schmiermittel, das im Bereich der Welle vorhanden sein kann, von den Kontaktelementen fernzuhalten.
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Dabei wird vielfach versucht, das Schmiermittel in einem Reservoir aufzufangen, bevor es fliehkraftbedingt nach außen zu den Kontaktelementen wandert. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass sich das Schmiermittel auch von dem Reservoir bis zu den Kontaktelementen ausbreiten und dort eine Fehlfunktion verursachen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine durch ein Schmiermittel bedingte elektrische Fehlfunktion im Bereich eines Kommutators in einem Elektromotor zu verhindern.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Läufers mit den Merkmalen von Anspruch 1 für einen kommutierten Elektromotor. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wider.
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Ein erfindungsgemäßer Läufer für einen kommutierten Elektromotor umfasst eine Welle und einen Kommutator. Der Kommutator umfasst ein Trägerelement, das mit der Welle drehfest verbunden ist, und ein Kontaktelement, das am Trägerelement befestigt ist. Dabei weist ein Element des Läufers eine epilamisierte Oberfläche auf, um einem Kriechen von Schmiermittel von der Welle zum Kontaktelement entgegenzuwirken.
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Durch die Epilamisierung ist es möglich, das Schmiermittel von der Oberfläche des Elements abzustoßen, so dass ein Ausbreiten oder Breitlaufen des Schmiermittels auf der Oberfläche verhindert werden kann. Ein Ausbreiten des Schmiermittels in Richtung des Kontaktelements kann dadurch wirksam verhindert sein. Gleichzeitig kann das Schmiermittel an der Welle zurückgehalten sein, so dass es dort zur Schmierung zur Verfügung steht. Ein Elektromotor, der an einem Kraftfahrzeug, insbesondere im Bereich einer Lüftung oder Klimatisierung eines Fahrgastraums eingesetzt wird, kann dadurch vorteilhaft vor Fehlfunktion geschützt sein, ohne eine aufwändige Maßnahme wie beispielsweise ein abgedichtetes Lager zu erfordern. In anderen Ausführungsformen kann der beschriebene Läufer auch in einem Stell- oder Aktuatormotor an Bord des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
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In einer Ausführungsform ist die Oberfläche des Trägerelements des Kommutators wenigstens teilweise epilamisiert. Dadurch kann ein Einsatz einer zusätzlichen Schmiermittelbarriere am Läufer nicht erforderlich sein. Das Trägerelement kann vor oder nach seiner Montage an der Welle mit einem Epilam behandelt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Trägerelement eine radial umlaufende, axiale Nut mit epilamisierter Oberfläche zum Sammeln des Schmiermittels. Dadurch kann ein Reservoir zum Rückhalten des Schmiermittels in einem radialen Abstand von der Welle gebildet sein, welches durch die Epilamisierung das Schmiermittel ortsfest binden kann.
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In noch einer weiteren Ausführungsform ist die Nut in ihrer radialen Innenseite durch die Welle begrenzt. Eine ähnliche Ausführungsform kann auch durch einen hohlzylindrischen Vorsprung in axialer Richtung am Trägerelement gebildet sein. Sowohl die Nut als auch der Vorsprung können in einem Arbeitsgang während der Herstellung des Trägerelements ausgebildet werden. Beispielsweise kann das Trägerelement in einem Guss- oder Spritzgussverfahren hergestellt werden, wobei die Nut bzw. der Vorsprung im selben Arbeitsgang mit ausgeformt wird.
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In einer anderen Ausführungsform, die mit den oben genanten Ausführungsformen kombinierbar ist, kann ein drehfest mit der Welle verbundenes Scheibenelement vorgesehen sein, dessen Oberfläche wenigstens teilweise epilamisiert ist. Eine derartige Anordnung erinnert an eine konventionelle Schleuderscheibe, jedoch kann das erfindungsgemäße Scheibenelement einen geringeren Durchmesser aufweisen, um ein radiales Abschleudern des Schmiermittels zu vermeiden. Stattdessen kann das Schmiermittel auf der epilamisierten Oberfläche des Scheibenelements imobilisiert und gebunden sein.
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Das Scheibenelement kann ein axiales Abstandselement zur Anlage am Trägerelement umfassen, um einen vorbestimmten axialen Abstand größer als Null zwischen dem Scheibenelement und dem Trägerelement sicherzustellen. Dadurch kann einem Kapillareffekt, der das Schmiermittel zwischen dem Scheibenelement und dem Trägerelement radial nach außen befördern könnte, entgegen gewirkt sein. Das Abstandselement kann beispielsweise in Form einer oder mehrerer axialer Noppen ausgebildet sein, die insbesondere auf einem Umfang des Scheibenelements gleichmäßig verteilt sein können. In einer Variante kann das Abstandselement statt am Scheibenelement auch am Trägerelement angebracht oder ausgebildet sein, um das Scheibenelement im vorbestimmen axialen Abstand zu halten. In beiden Fällen ist das Abstandselement bevorzugterweise epilamisiert, um einen Übertritt des Schmiermittels vom Scheibenelement zum Trägerelement zu erschweren.
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Das Scheibenelement kann eine radial umlaufende, axiale Nut zum Sammeln des Schmiermittels aufweisen. Diese Ausführungsform ähnelt der oben beschriebenen Ausführungsform, in der das Trägerelement eine ähnliche Nut aufweist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Trägerelement eine axiale Vertiefung auf, in der das Scheibenelement angeordnet ist. Das Scheibenelement weist dabei einen kleineren Radius als die Vertiefung auf, so dass bevorzugterweise ein Ringspalt zwischen einem äußeren Umfang des Scheibenelements und der Begrenzung der Aussparung besteht. Der Ringspalt kann dazu beitragen, einem Übertritt von Schmiermittel auf das Trägerelement oder die Kontaktelemente entgegenzuwirken. Durch die Vertiefung kann das Scheibenelement teilweise oder vollständig innerhalb des Kollektors laufen und so eine axiale Länge des Läufers nicht oder nur wenig vergrößern.
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In noch einer weiteren Ausführungsform, die mit den oben beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar ist, umfasst das Trägerelement eine axiale, an die Welle angrenzende Nut und die Oberfläche des Trägerelements im Bereich der Begrenzung der Nut ist epilamisiert. Durch die Nut kann ein axialer Ablaufkanal für Schmiermittel gebildet sein, der an der Welle entlang führt. Die Epilamisierung des Ablaufkanals kann zu einer verbesserten Rückhaltefähigkeit des Kanals beitragen.
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In einer Ausführungsform führt die Nut axial vollständig durch das Trägerelement hindurch. Ist mit einer größeren Menge anfallenden Schmiermittels zu rechnen, so kann das Schmiermittel auf eine axiale Seite des Kollektor befördert werden, von der aus das Schmiermittel das Kontaktelement nicht erreichen kann. Diese Ausführungsform bietet sich insbesondere an, wenn mit einer größeren Menge aufzunehmenden Schmierstoffs gerechnet werden muss.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Welle einen epilamisierten Abschnitt. Der epilamisierte Abschnitt liegt bevorzugterweise axial zwischen dem Kommutator und einer Lagerstelle der Welle an einem Stator. Insbesondere unterbricht der Abschnitt einen Oberflächenpfad, dem das Schmiermittel von der Lagerstelle zum Außenbereich des Kommutators folgen kann. Die Lagerstelle kann mit einem Lager in Kontakt stehen, etwa einem mit Schmiermittel getränkten Sinterlager oder einem mit Schmiermittel versehenen Wälzlager.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 einen Läufer an einem kommutierten Elektromotor;
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2A–C Varianten eines Scheibenelements am Läufer von 1;
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3 eine weitere Ausführungsform des Läufers von 1, und
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4 und 5 noch weitere Ausführungsformen des Läufers von 1 darstellen.
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Genaue Beschreibung von Ausführungsformen
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Im Folgenden werden mit Bezug auf die beigefügten Figuren verschiedene Ausführungsformen eines Läufers für einen kommutierten Elektromotor beschrieben. Dabei können Merkmale separat beschriebener Ausführungsformen auch miteinander kombiniert werden. Insbesondere ist es möglich, mehrere mit der Welle des Läufers verbundene Elemente ganz oder teilweise zu epilamisieren. Es kann auch eine mechanische Sperre mit einer epilamisierten Oberfläche kombiniert werden, um einem Kriechen von Schmiermittel zu einem Kontaktelement am Kollektor des Elektromotors entgegen zu wirken.
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1 zeigt einen Läufer 100 für einen kommutierten Elektromotor. Der Läufer 100 umfasst eine Welle 105, an der ein Kommutator 110 und ein Halteelement 115 angebracht sind, wobei das Halteelement 115 dazu eingerichtet ist, eine Anzahl Spulen und gegebenenfalls ein magnetisches Flusselement an der Welle 105 zu halten. Der Kommutator 110 umfasst ein Trägerelement 120 und ein Kontaktelement 125. Das Trägerelement 120 ist weist bevorzugterweise eine radial äußere Oberfläche auf, die auf einem Umfang um die Welle 105 liegt und an der das Kontaktelement 125 befestigt ist. Üblicherweise sind mehrere Kontaktelemente 125 gleichmäßig über den Umfang des Trägerelements 120 verteilt und gegeneinander elektrisch isoliert.
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An einem in 1 rechten Ende der Welle 105 kann ein nicht dargestelltes Lager zur Lagerung der Welle 105 vorgesehen sein. Das Lager kann beispielsweise ein Sinterlager oder ein Wälzlager sein, wobei zur Schmierung des Lagers ein Schmiermittel 130 vorgesehen sein kann, das insbesondere ein Öl oder Fett umfassen kann. Um ein Kriechen oder Wandern des Schmiermittels 130 entlang der Welle 105 zum Kommutator 110 und von dort in radialer Richtung zum Kontaktelement 125 zu erschweren, ist eine Oberfläche wenigstens eines der Elemente, die mit der Welle 105 verbunden sind, ganz oder teilweise epilamisiert.
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Eine Epilamisierung erfolgt durch Aufbringen eines Epilams auf die Oberfläche. Das Epilam senkt die Oberflächenspannung der behandelten Oberfläche ab. In einer Ausführungsform umfasst das Epilamisieren ein Auftragen eines Fluor-Kunststoffs auf die Oberfläche. Dabei wird auf die zu behandelnde Oberfläche ein sehr dünner Film des Epilams aufgebracht, etwa durch Nanobeschichtung, Plasmaabscheidung eines Fluorpolymers oder direkte Fluorierung der Oberfläche. In einer Vorgehensweise kann eine fluorhaltige Flüssigkeit auf die Oberfläche aufgebracht werden, wonach ein Teil der Flüssigkeit verdunstet und eine fluorhaltige Beschichtung zurück lässt. Die epilamisierte Oberfläche hat die Eigenschaft, das Schmiermittel 130 aufgrund von Verhältnissen von Oberflächenspannungen abzustoßen. Die Oberfläche erhält durch die Epilamisierung lipophobe Eigenschaften und stößt dadurch das Schmiermittel 130 ab.
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In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist ein Scheibenelement 135 axial rechts vom Kommutator 110 vorgesehen, wobei eine Oberfläche des Scheibenelements 135 epilamisiert ist. Das Scheibenelement 135 ist bevorzugterweise drehfest an der Welle 105 angebracht. Das Trägerelement 120 kann eine axiale Vertiefung 140 aufweisen, in welche das Scheibenelement 135 vollständig oder teilweise eintaucht. Dies bedingt, dass der äußere Durchmesser des Scheibenelements 135 kleiner als die radiale Weite der Vertiefung 140 ist. Auch ohne die Vertiefung 140 ist es bevorzugt, dass der Außendurchmesser des Scheibendurchmessers 135 maximal so groß ist wie der Außendurchmesser des Trägerelements 120.
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Das Scheibenelement 135 weist vorzugsweise einen vorbestimmten axialen Abstand zu einer Begrenzung des Trägerelements 120 auf, um eine Kapillarwirkung zwischen den beiden Elementen zu verringern. Die Kapillarwirkung auf eventuell zwischen dem Trägerelement 120 und dem Scheibenelement 135 vorhandenes Schmiermittel 130 ist unter anderem von dessen Viskosität abhängig, so dass der Abstand auf das Schmiermittel 130 abgestimmt sein kann.
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2A zeigt einen Längsschnitt durch das Scheibenelement 135. In unterschiedlichen Ausführungsformen kann eine in der Darstellung rechte oder linke Oberfläche oder eine radial außen oder innen liegende Oberfläche des Scheibenelements 135 epilamisiert sein. Es sind auch Kombinationen möglich; In einer Ausführungsform ist das Scheibenelement 135 beispielsweise an seiner gesamten Oberfläche epilamisiert.
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2B zeigt eine weitere Ausführungsform des Scheibenelements von 2A in einem Längsschnitt und einer axialen Ansicht. Am Scheibenelement 135 sind in axialer Richtung eine mehrere Noppen 205 ausgebildet, um einen vorbestimmten minimalen axialen Abstand zwischen dem Scheibenelement 135 und dem Trägerelement 120 sicherzustellen. Die Noppen 205 können ebenfalls epilamisiert sein.
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2C zeigt noch eine weitere Ausführungsform des Scheibenelements 135 aus 1. Das dargestellte Scheibenelement 135 weist eine radial umlaufende, axiale Nut auf, die dazu eingerichtet ist, Schmiermittel 130 aufzunehmen. In einer Ausführungsform ist die Oberfläche des Scheibenelements 135 im Bereich der Nut 210 epilamisiert. In einer anderen Ausführungsform sind an die Nut 210 angrenzende Bereich epilamisiert, während die Begrenzungsflächen der Nut 210 nicht epilamisiert. Die Nut 210 ist bevorzugterweise einem Ende der Welle 105 zugewandt, das an einem mit Schmiermittel 130 geschmierten Lager anliegt, kann jedoch auch dem Kollektor 110 zugewandt sein.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Kommutators 110 am Läufer von 1. Dazu ist der Kommutator 110 an der Welle 105 in einem Längsschnitt sowie in einer axialen Ansicht dargestellt. Das Trägerelement 120 weist einen axiale Nut 305 auf, die an die Welle 105 angrenzt. Es können auch mehrere Nuten 305 vorgesehen sein, die vorzugsweise auf einem Umfang um die Welle 105 verteilt sind. Das Trägerelement 120 ist im Bereich der Nuten 305 wenigstens teilweise epilamisiert. Die Nuten 305 haben die Aufgabe, das Schmiermittel 130 in axialer Richtung abzuleiten, bevor es an einer äußeren Oberfläche 120 in radialer Richtung zum Kontaktelement 125 gelangen kann. Eine lichte Weite der Nuten 305 ist vorzugsweise so bemessen, dass eine Kapillarwirkung auf das Schmiermittel 130 entsteht, wenn es in den Bereich der Nuten 305 gelangt. In einer Ausführungsform sind die Nuten 305 abgesetzt, bilden also zusammen mit der Welle 105 Sacklöcher zur Aufnahme des Schmiermittels 130. In einer anderen Ausführungsform laufen die Nuten 305 in axialer Richtung vollständig durch das Trägerelement 120 hindurch und ermöglichen es dem Schmiermittel 130, auf der anderen axialen Seite aus den Nuten 305 wieder auszutreten.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Kommutators 110 am Läufer 100 von 1. Die Darstellung erfolgt im Längsschnitt analog der Darstellung von 1. Ungeachtet dessen, ob eine Vertiefung 140 vorgesehen ist oder nicht, ist in eine axiale Oberfläche des Trägerelements 120, die vorzugsweise einem Lager der Welle 105 zugewandt ist, eine axiale, umlaufende Nut 405 eingebracht. Das Trägerelement 120 ist bevorzugterweise im Bereich der Nut 405 wenigstens teilweise epilamisiert. In einer Ausführungsform grenzt die Nut 405 an die Welle 105 an.
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5 zeigt noch eine weitere Ausführungsform des Kommutators 110 am Läufer 100 aus 1. Im Unterschied zu der in 4 dargestellten Ausführungsform ist anstelle der Nut 405 ein radial umlaufender, axialer Vorsprung 505 ausgebildet. Der Vorsprung 505 grenzt nicht unmittelbar an die Welle 105 an, so dass sich zwischen dem Vorsprung 505 und der Welle 105 ein Ringspalt 510 ergibt. Der Ringspalt 510 erfüllt eine ähnliche Funktion wie die Nut 405 in der Darstellung von 4, grenzt jedoch im Gegensatz zur Nut 405 unmittelbar an die Welle 105 an.
