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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Kommutator für eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Ankerbaugruppe mit einem erfindungsgemäßen Kommutator sowie eine elektrische Maschine mit einer Ankerbaugruppe.
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Ein Kommutator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE 10 2010 028 666 A1 der Anmelderin bekannt. Ein derartiger Kommutator dient der Stromzuführung zu den Wicklungen einer Ankerbaugruppe mittels Kohlebürsten, die an den Kommutatorlamellen des Kommutators anliegen. Die Kohlebürsten sind wiederum üblicherweise an einem Bürstenhalter befestigt, der in einem Gehäuse, das den Elektromotor aufnimmt, ortsfest angeordnet ist. Zur Montage des Kommutators, der Bestandteil der Ankerbaugruppe ist, wird diese in das Gehäuse eingeschoben, wobei die Kohlebürsten in Wirkverbindung mit den Kommutatorlamellen gelangen. Die Kohlebürsten sind durch Federkraft gegen die Kommutatorlamellen kraftbeaufschlagt. Dies macht es erforderlich, dass beim axialen Einführen der Ankerbaugruppe die Kohlekohlen entgegen der Federkraft der Federelemente radial nach außen gedrückt werden müssen, damit die Kohlebürsten mit ihren Seitenflächen nicht seitlich an dem Kommutator anschlagen, wodurch zum einen ein weiteres Einführen der Ankerbaugruppe verhindert wird, und zum anderen die Kohlebürsten beschädigt werden könnten. Daher ist es beim Stand der Technik üblich, auf die Ankerwelle der Ankerbaugruppe einen konusförmigen Zusatzkörper aufzuschieben, der beim Einschieben der Ankerbaugruppe in Wirkverbindung mit den Kohlebürsten gelangt und diese radial nach außen drückt, bis diese in den Bereich der Kommutatorlamellen gelangen. Nachteilig dabei ist, dass zum einen durch den separaten Zusatzkörper der Bau- sowie Montageaufwand erhöht wird, und dass zum anderen beim Betrieb des Elektromotors sichergestellt sein muss, dass durch den Zusatzkörper die Funktionalität nicht beeinträchtigt wird. Daher muss der Zusatzkörper entweder auf der Ankerwelle ortsfest befestigt werden, oder es muss konstruktiv sichergestellt sein, dass eine Axialbewegung des Zusatzkörpers beim Betrieb zu keinerlei Funktionsbeeinträchtigung des Elektromotors führt.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kommutator für eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass auf einen separaten Zusatzkörper zum radialen Bewegen der Kohlebürsten während der Montage der Ankerbaugruppe verzichtet werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kommutator für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Isolierkörper, auf dem die Kommutatorlamellen angeordnet sind, auf der den Anschlußhaken abgewandten Seite der Kommutatorlamellen einen im Bezug zur Längsachse des Isolierkörpers konischen Bereich mit einer vorzugsweise konstanten Schräge aufweist, dessen Durchmesser in Richtung zu der den Anschlußhaken abgewandten Seite abnimmt. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass im Gegensatz zum Stand der Technik auf ein separates Element (Zusatzkörper) zum Spreizen bzw. radialen Auseinanderbewegen der Kohlebürsten verzichtet werden kann, und dass diese Funktion durch den Isolierkörper, auf dem die Kommutatorlamellen angeordnet bzw. befestigt sind, erfüllt wird, indem der Isolierkörper einen konisch geformten Bereich aufweist, der für das Spreizen bzw. radiale nach außen Bewegen der Kohlebürsten während der Montage der Ankerbaugruppe sorgt. Ein derartiger konischer Bereich hat darüber hinaus den Vorteil, dass dieser einstückig an dem Isolierkörper angeformt werden kann, wobei der Isolierkörper üblicherweise im Spritzgussverfahren ausgebildet ist, sodass der Fertigungsaufwand in Bezug auf den konischen Bereich minimiert ist. Insbesondere entsteht auch kein zusätzlicher Montageaufwand, und es müssen auch keine konstruktiven Maßnahmen getroffen werden, die ansonsten bei einem axial auf der Ankerwelle beweglich angeordneten Zusatzkörper zum Spreizen der Kohlebürsten erforderlich wären.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kommutators für eine elektrische Maschine sind in den Unteransprüchen aufgeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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Um Beschädigungen an den Seitenflächen der Kohlebürsten zu vermeiden und darüber hinaus die Belastungen auf die Kohlebürsten beim seitlichen Auftreffen auf den konischen Bereich des Isolierkörpers zu minimieren, ist es bevorzugt vorgesehen, dass der Isolierkörper eine Durchgangsbohrung für eine Ankerwelle aufweist, und dass der konische Bereich radial zumindest nahezu bis an die Durchgangsbohrung heranreicht. Dadurch werden, insbesondere wenn die Seitenflächen der Kohlebürsten auf der der Ankerwelle zugewandten Seite mit einer entsprechenden Schräge bzw. Fase ausgestattet sind, Querkräfte bzw. Querbelastungen auf die Kohlebürsten vermieden und somit auch Be- oder Vorschädigungen ausgeschlossen.
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Um einen sanften Übergang von dem konischen Bereich des Isolierkörpers auf die Kommutatorlamellen zu ermöglichen, bei dem insbesondere auch keine Beschädigungen an den an den Kommutatorlamellen anliegenden Flächen der Kohlebürsten erfolgen können, wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass der konische Bereich auf der den Lamellenenden mit den Anschlußhaken zugewandten Seite in einen zylindrischen Bereich übergeht, dessen Durchmesser dem Durchmesser der auf dem Isolierkörper angeordneten Kommutatorlamellen entspricht.
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Eine weitere Optimierung bzw. Minimierung der Belastung der Kohlebürsten wird erzielt, wenn der Übergangsbereich zwischen dem konischen Bereich und dem zylindrischen Bereich mit einer Rundung versehen ist. Dadurch werden insbesondere auch linienförmige Belastungen an den an den Kommutatorlamellen anliegenden Flächen der Kohlebürsten minimiert.
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Eine weitere Optimierung bzw. Schonung der Kohlebürsten bei der Montage wird erzielt, wenn die Kommutatorlamellen in Längsrichtung spaltlos an den zylindrischen Bereich des Isolierkörpers anschließen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
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1 eine Ankerbaugruppe unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Kommutators in einer Seitenansicht und
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2 einen bei der Ankerbaugruppe gemäß 1 verwendeten Kommutator in einer perspektivischen Einzelansicht.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist ein Teil einer elektrischen Maschine 100 in Form eines Gleichstrommotors dargestellt, wie sie insbesondere Bestandteil eines Komfortantriebs in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Fensterheberantrieb, einem Sitzverstellungsantrieb, einem Schiebedachantrieb oder Ähnlichem, ist.
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Die elektrische Maschine 100 umfasst eine Ankerbaugruppe 10 mit einer Ankerwelle 11. Die Ankerwelle 11 trägt einen Anker- oder Rotorkörper 12 mit einer in Nuten des Rotorkörpers 12 eingelegten Ankerwicklung 13 mit mehreren Drahtwicklungen. Die Drahtwicklungen der Ankerwicklung 13 sind mit einem erfindungsgemäßen Kommutator 15 elektrisch leitend verbunden. Der Kommutator 15 dient der Stromzuführung zu den einzelnen Drahtwicklungen der Ankerwicklung 13 und wirkt hierzu mit Kohlebürsten 16 zusammen, die auf den Umfang des Kommutators 15 wirken und mittels Federkraft gegen den Kommutator 15 gedrückt sind. Hierzu sind die Kohlebürsten 16 in an sich bekannter und daher nicht weiter dargestellter Art und Weise an einem Bürstenträger ortsfest angeordnet, der Köcher 17 für die Kohlebürsten 16 aufweist, in denen die Kohlebürsten 16 mittels der Federkraft in Richtung des Doppelpfeils 18 axial verschiebbar angeordnet sind.
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Wie am besten aus einer Zusammenschau der 1 und 2 erkennbar ist, umfasst der drehfest auf der Ankerwelle 11 angeordnete Kommutator 15 einen aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellten Isolierkörper 20, an dessen Außenumfang eine Vielzahl von in dem Isolierkörper 20 festgelegten, in Umfangsrichtung mit Spaltabstand nebeneinander angeordneten Kommutatorlamellen 21 angeordnet sind. Die üblicherweise aus Kupfer bestehenden Kommutatorlamellen 21 weisen auf der dem Rotorkörper 12 zugewandten Seite an den Lamellenenden Anschlusshaken 22 auf, an denen die einzelnen Drahtwicklungen der Ankerwicklung 13 befestigt, insbesondere verlötet bzw. verschweißt, sind.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Isolierkörper 20 auf der dem Rotorkörper 12 abgewandten Seite einen in Bezug zur Längsachse des Isolierkörpers 20 bzw. der Ankerwelle 11 konisch ausgebildeten Bereich 25 aufweist. Wie insbesondere anhand der 2 erkennbar ist, weist der Isolierkörper 20 darüber hinaus eine Durchgangsbohrung 26 auf, in der die Ankerwelle 11 angeordnet ist, der Isolierkörper 20 ist somit hülsenförmig ausgebildet.
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Der Durchmesser des konischen Bereichs 25 verringert sich in Richtung zu der dem Rotorkörper 12 abgewandten Seite bis zu einer vorderen Stirnfläche 27, an der der konische Bereich 25 einen (Außen-)Durchmesser aufweist, der nahezu dem Durchmesser der Ankerwelle 11 entspricht, d.h., dass der konische Bereich 25 radial nahezu bis an die Ankerwelle 11 heranreicht.
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Der konische Bereich 25 weist eine radial umlaufende, kegelförmige Spreizfläche 28 auf, die im dargestellten Ausführungsbeispiel mit konstanter Schräge ausgebildet ist. Der Bereich 25 geht auf der dem Rotorkörper 12 zugewandten Seite über einen mit einer Rundung 29 versehenen Bereich in einen zylindrischen Bereich 30 über. Der Außendurchmesser des zylindrischen Bereichs 30 entspricht dem Außendurchmesser des Kommutators 15 im Bereich der Kommutatorlamellen 21. Ferner schließen die Kommutatorlamellen 21 axial direkt, d.h. spaltlos an den zylindrischen Bereich 30 des Isolierkörpers 20 an.
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Die Herstellung eines derartigen Isolierkörpers 20 mit den Kommutatorlamellen 21 erfolgt in der Praxis dadurch, dass ein hülsenförmiges Bauelement, aus dem die Kommutatorlamellen 21 ausgebildet werden, in ein Spritzgusswerkzeug für den Isolierkörper 20 eingelegt wird und der Isolierkörper 20 durch Einspritzen von verflüssigtem und unter hohem Druck stehendem Kunststoff in das Spritzgusswerkzeug ausgebildet wird. Anschließend werden die einzelnen Kommutatorlamellen 21 durch Ausbilden von Längsschlitzen 31 aus dem hülsenförmigen Körper gebildet, wobei die Längsschlitze 31, wie anhand der 2 erkennbar ist, über den zylindrischen Bereich 30 hinaus bis in den konischen Bereich 25 reichen.
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Bei der Montage der Ankerbaugruppe 10 in der elektrischen Maschine 100 wird die Ankerbaugruppe 10 in Richtung des Pfeils 32 in die elektrische Maschine 100 eingeschoben. Dabei gelangen die durch die Federkraft belasteten Kohlebürsten 16, die in Richtung zur Ankerwelle 11 gedrückt werden, in Wirkverbindung mit dem konischen Bereich 25 des Isolierkörpers 20 und werden bei einer Bewegung der Ankerbaugruppe 10 in Richtung des Pfeils 32 radial nach außen gedrückt, wobei sie entlang der Spreizfläche 28 gleiten. Dabei gelangen die Kohlebürsten 16 über den konischen Bereich 25, die Rundung 29 und den zylindrischen Bereich 30 bis in den Bereich der Kommutatorlamellen 21, wie dies in der 1 dargestellt ist, wo die axiale Endposition der Ankerbaugruppe 10 in Bezug zu den Kommutatorkohlen 16 dargestellt ist.
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Die soweit beschriebene Ankerbaugruppe 10 bzw. die elektrische Maschine 100 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht in der Ausbildung eines konischen Bereichs 25 an dem Isolierkörper 20, der dazu dient, bei der Montage der Ankerbaugruppe 10 die durch Federkraft radial nach innen belasteten Kohlebürsten 16 radial nach außen zu drücken, bis diese in Wirkverbindung mit den Kommutatorlamellen 21 sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010028666 A1 [0002]
