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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Bürstenträger für einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungemäßen Bürstenträgers.
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Ein Bürstenträger für einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt und wird beispielsweise bei Komfortantrieben in Kraftfahrzeugen zur Erfassung der Winkelstellung der Ankerwelle des Elektromotors eingesetzt. Unter einem derartigen Komfortantrieb wird zum Beispiel ein Fensterheberantrieb, ein Schiebedachantrieb, ein Sitzverstellungsantrieb oder ähnliches verstanden. Die Erfassung der Winkellage der Ankerwelle ist deshalb von Bedeutung, da in Kenntnis der Winkelstellung der Ankerwelle auf eine (Zwischen-)Position des zu verstellenden Elements, beispielsweise der Fensterscheibe oder dem Schiebedach, geschlossen werden kann, die außerhalb der beiden Endlagen des zu verstellenden Elements liegen, die, je nach Anwendung des Komfortantriebs, ggf. von Endlagenschaltern erfasst werden.
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Beim Stand der Technik erfolgt die Erfassung der Winkellage der Ankerwelle über zwei Sensorelemente in Form von Hallelementen, die am Bürstenträger angeordnet sind, und die berührungslos die Position von auf der Ankerwelle ortsfest angeordneten Magnetelementen erfassen, die bei einer Drehung der Ankerwelle an den Sensorelementen vorbeibewegt werden. Aufgrund einer Auswertelogik kann dabei sowohl die absolute Winkelstellung der Ankerwelle, als auch die Drehrichtung der Ankerwelle bzw. des Elektromotors erfasst werden. In Kenntnis der geometrischen Eigenschaften einer mit dem Elektromotor bzw. der Ankerwelle zusammenwirkenden Getriebeeinrichtung kann dadurch die genaue Position des zu verstellenden Elements berechnet werden. Je genauer die Position der Ankerwelle erfasst werden soll, umso mehr Magnetelemente müssen auf der Ankerwelle angeordnet werden. So ist bei einer Anordnung von zwei üblicherweise ringförmigen Magnetelementen mit jeweils einem Umfang von 180° eine Positionsbestimmung des Winkels der Ankerwelle auf 180° genau möglich, bei drei, jeweils einen Umfang von 120° aufweisenden Magnetelementen ist eine Auflösung von 120° des Drehwinkels der Ankerwelle möglich usw. In der Praxis werden zum Beispiel, je nach technischer Anforderung und sowie von einer Elektronik auswertbar, bis zu sechs oder mehr Magnetelemente verwendet, von denen dann jedes einen Umfang von 60° aufweist. Je nach Anforderung des Antriebs bzw. dessen konkrete Verwendung ergeben sich, insbesondere aus Kostengründen, unterschiedliche Anzahlen von Magnetelementen an der Ankerwelle. Wesentlich dabei ist, dass die Position der Sensorelemente an dem Bürstenträger zur eindeutigen Bestimmung der Winkellage der Ankerwelle auf die Anzahl der Magnetelemente abgestimmt werden muss.
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Zur Erfassung der eine unterschiedliche Anzahl von Magnetelementen aufweisenden Ankerwellen war es daher bisher üblich, je nach verwendeter Ankerwelle bzw. verwendeter Anzahl von Magnetelementen, jeweils einen speziellen Bürstenträger vorzusehen, der entsprechend der Anzahl der verwendeten Magnete seine beiden Sensorelemente an den dafür vorgesehenen Aufnahmeplätzen aufnimmt. Die dadurch entstehende Typenvielfalt an Bürstenträgern ist mit Blick auf eine möglichst rationelle Fertigung unter Nutzung einer möglichst hohen Anzahl von Gleichteilen nachteilig.
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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 Bürstenträger für einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass ein und derselbe Bürstenträger für Elektromotoren verwendet werden kann, die eine unterschiedliche Anzahl von Magnetelementen an deren Ankerwelle aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Bürstenträger für einen Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Bürstenträgerkörper drei Aufnahmeplätze aufweist, von denen zwei Aufnahmeplätze mit einem Sensorelement bestückt sind, und dass der zweite und der dritte Aufnahmeplatz, bezogen auf die Position des ersten Aufnahmeplatzes, in einer versetzten Winkelposition zum ersten Aufnahmeplatz angeordnet sind. Mittels einer derartigen Ausbildung des Bürstenträgergrundkörpers mit drei Aufnahmeplätzen, bei denen jeweils der eine Aufnahmeplatz (0°-Winkelposition) mit dem ersten Sensorelement, und ein zweiter oder ein dritter Aufnahmeplatz mit dem zweiten Sensorelement bestückt ist, lassen sich je nach Bestückung Ankerwellen unter Verwendung von einem, zwei, drei, fünf oder sechs Magnetelementen abdecken. Der erfindungsgemäße Bürstenträger erlaubt somit einen Einsatz bei unterschiedlichen Ankerwellen bzw. Elektromotoren und ist daher im Rahmen der genannten Anzahl der Magnetelemente universell verwendbar.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bürstenträgers für einen Elektromotor sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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In geometrisch ganz bevorzugter Anordnung der drei Aufnahmeplätze ist es vorgesehen, dass der zweite Aufnahmeplatz, bezogen auf die Position des ersten Aufnahmeplatzes, in einer Winkelposition zwischen 75° bis 105°, vorzugsweise 90°, und der dritte Aufnahmeplatz, bezogen auf die Position des ersten Aufnahmeplatzes, in einer Winkelposition zwischen 120° und 150°, vorzugsweise 135° angeordnet ist.
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In konstruktiv bevorzugter Ausgestaltung des Bürstenträgers wird vorgeschlagen, dass der Bürstenträgerkörper als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist, und dass die Sensorelemente in den Aufnahmeplätzen mittels einer Formschlussverbindung aufgenommen sind, wobei die Formschlussverbindung derart ausgebildet ist, dass die Sensorelemente in den Aufnahmeplätzen in radialer Richtung fixiert sind. Dies kann beispielsweise durch angeformte Fasen an den Sensorelementen realisiert werden, die an korrespondierenden tangential mit den Sensorelementen überlappenden Flächen des Bürstenträgerbauteils anliegen. Diese bilden dann zusammen einen radialen Formschluss, bei dem die Sensorelemente axial in die Aufnahmetaschen mit den Hinterschnitten eingefügt werden. Dadurch lassen sich insbesondere separate Befestigungselemente für die Sensorelemente vermeiden, und die Sensorelemente lassen sich durch die Formschlussverbindung hochgenau in ihrer Winkelposition im Bürstenträgerkörper anordnen. Insbesondere lässt sich dadurch auch ein Streifen der Sensorelemente an dem Magnetring verhindern bzw. der Radialspalt zwischen den Sensorelementen und dem Magnetring besonders einfach einstellen.
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Um eine hohe Empfindlichkeit der Sensorelemente zur Erfassung der Magnetelemente zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass der Bürstenträgerkörper eine Durchgangsöffnung zur Durchführung der Ankerwelle aufweist, und dass die Aufnahmeplätze radial unmittelbar am Bereich der Durchgangsöffnung angeordnet sind. Dadurch wird ein minimaler Abstand der Sensorelemente zu den Magnetelementen erzielt, so dass die Position des jeweiligen Magnetelements bei einem Vorbeidrehen an dem Sensorelement zuverlässig erkannt wird.
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Ganz besonders bevorzugt ist der Einsatz von Hallsensoren als Sensorelemente, da diese eine berührungsfreie und daher verschleißfreie Erfassung der Position der Magnetelemente ermöglichen.
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Um einen in der Höhe möglichst kompakten Bürstenträger zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass die Aufnahmeplätze für die Sensorelemente in geringem axialem Abstand oberhalb der Kohleköcher bzw. der Kohlebürsten angeordnet sind. Dadurch lassen sich die Kohlebürsten beispielsweise in einem Bereich unterhalb der Sensorelemente, in denen die Anschlussleitungen für die Sensorelemente liegen, anordnen.
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Darüber hinaus lässt sich ein besonders kompakter Bürstenträger erzielen, wenn zwei, in einem Winkel von 90° zueinander versetzt angeordnete Kohlebürsten vorgesehen sind, und wenn die Aufnahmeplätze für die Sensorelemente gegenüber den Kohleköchern angeordnet sind.
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Bevorzugt ist darüber hinaus, wenn ein Anschlussstecker zur Übertragung der Signale der Sensorelemente einstückig an dem Bürstenträgerkörper angeformt ist.
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Bevorzugt ist darüber hinaus eine geometrische Anordnung, bei der bei Verwendung von zwei Kohlebürsten die beiden Kohlebürsten, der Anschlussstecker sowie zwei der Aufnahmeplätze zumindest im Wesentlichen symmetrisch zu einer Symmetrieachse des Bürstenträgergrundkörpers angeordnet sind.
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Der erfindungsgemäße Bürstenträger findet bevorzugt, jedoch nicht einschränkend, Verwendung bei einem reversierbaren Elektromotor, insbesondere als Bestandteil eines Komfortantriebs in einem Kraftfahrzeug, wie einem Schiebedachantrieb oder einem Fensterheberantrieb.
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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 einen erfindungsgemäßen Bürstenträger in perspektivischer, durchsichtiger Darstellung,
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2 eine Draufsicht auf den Bürstenträger gemäß 1 mit einer mit Magnetelementen verbundenen Ankerwelle eines Elektromotors,
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3 bei einem Bürstenträger gemäß 1 und 2 verwendbare Sensorelemente mit deren Anschlusselementen in perspektivischer Darstellung, und
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4 eine Darstellung der erfassbaren Winkelpositionen bei einem erfindungsgemäßen Bürstenträger unter Verwendung einer unterschiedlichen Anzahl von Magnetelementen an der Ankerwelle.
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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 den Figuren ist ein erfindungsgemäßer Bürstenträger 10 für einen im Übrigen nicht dargestellten Elektromotor dargestellt, wie er insbesondere bei einem Komfortantrieb in einem Kraftfahrzeug, wie einem Schiebedachantrieb oder einem Fensterheberantrieb Verwendung findet. Insbesondere ist der Komfortantrieb in Form einer Getriebe-Antriebseinrichtung ausgebildet. Die Erfindung soll jedoch nicht auf eine derartige Verwendung beschränkt sein.
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Der Bürstenträger 10 weist einen aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellten Bürstenträgerkörper 11 auf, an dem ein Anschlussstecker 12 einstückig angeformt ist. Der Anschlussstecker 12 ist über als Stanzbiegeteile ausgebildete Kontaktfahnen 13 beispielsweise mit einer Leiterplatte kontaktierbar, die eine Auswerteschaltung bzw. elektronische Bauteile des Elektromotors trägt. Darüber hinaus dienen die Kontaktfahnen 13 der Stromversorgung. Alternativ kann der Anschlussstecker 12 auch mit eienm Gegenstecker (d.h. ohne die Verwendung einer Leiterplatte) verbunden sein.
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Wie insbesondere anhand der 2 erkennbar ist, ist axial zwischen einem Poltopfgehäuse des Elektromotors und einem Getriebegehäuse der Bürstenträgerkörper 11 angeordnet. Dieser weist – mit Ausnahme im Bereich des Anschlusssteckers 12 – eine im Wesentlichen ringförmige Form mit einer runden Durchgangsöffnung 14 auf. Die Durchgangsöffnung 14 dient der Durchführung einer in das Getriebegehäuse hineinragenden Ankerwelle 16 des Elektromotors, an deren Umfang im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Magnetelemente 17, 18 drehfest befestigt sind, die jeweils einen Umfang von etwa 180° aufweisen.
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Die beiden Magnetsegmente 17, 18 sind Bestandteil eines Magnetrings 20, der kunststoffgebundene magnetisch leitende Partikel eingelagert sind, die durch eine Magnetisiereinrichtung magnetisierbar sind. Durch eine entsprechende Ausbildung bzw. Anwendung der Magentisereinrichtung können damit ringsegmentförmige Magnetsegmente 17, 18 mit jeweils einem magnetischen Nord- und Südpol erzeugt werden – vorzugsweise in Radialrichtung magnetisiert –, wobei der Magnetring im Ausführungsbeispiel lediglich zwei Magnetelemente 17, 18 aufweist. In weiteren Ausführungen können jedoch auch 3, 4, 5, 6, 8 oder mehr Magnetsegmente magnetisiert werden.
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Der Außenumfang der Magnetelemente 17, 18 ragt bis nahezu an die Durchgangsöffnung 14 heran. An dem Bürstenträgerkörper 11 sind zwei hülsenförmige Kohleköcher (nicht dargestellt) zur Aufnahme jeweils einer Kohlebürste 23, 24 integriert angeordnet, die über Litzen 25 und Entstördrosseln 27, 28 mit den Kontaktfahnen 13 elektrisch verbunden sind. Darüber hinaus sind die Kohlebürsten 23, 24 mit Kondensatoren 21, 22 elektrisch verbunden. Wie besonders deutlich anhand der 2 erkennbar ist, weisen die beiden Kohlebürsten 23, 24 einen Winkel α von etwa 90° zueinander auf, wobei die beiden Kohlebürsten 23, 24 auf der dem Anschlussstecker 12 gegenüberliegenden Seite des Bürstenträgerkörpers 11 spiegelbildlich zu einer Symmetrieachse 30 angeordnet sind.
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Axial knapp oberhalb der Kohlebürsten 23, 24 sind an dem Bürstenträgerkörper 11 drei Aufnahmenplätze 31 bis 33 für Sensorelemente 34 bis 36 vorgesehen. Die als Hallsensoren ausgebildeten Sensorelemente 34 bis 36 dienen dazu, bei einer Drehung der Ankerwelle 16 um deren Drehachse 37 die Vorbeibewegung der Magnetelemente 17, 18 zu erfassen, wobei die durch die Magnetelemente 17, 18 erzeugten Spannungsflanken von den Sensorelementen 34 bis 36 erfasst und anhand der entsprechenden Signale durch eine Auswertelogik auf die Winkelposition der Ankerwelle 16 und deren Drehrichtung geschlossen werden kann.
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Die drei Aufnahmeplätze 31 bis 33 befinden sich auf der den beiden Kohlebürsten 23, 24 gegenüberliegenden Seite bzw. auf der dem Anschlussstecker 12 zugewandten Seite. Erfindungsgemäß ist der Bürstenträgergrundkörper 11 stets mit zwei der drei Sensorelemente 34 bis 36 bestückt. Dabei ist immer der eine Aufnahmeplatz 31 mit dem Sensorelement 34 bestückt, und, abhängig von der Anzahl von Magnetelementen 17, 18, entweder der Aufnahmeplatz 32 mit dem Sensorelement 35, oder aber der Aufnahmeplatz 33 mit dem Sensorelement 36. Die Aufnahme der Sensorelemente 34 bis 36 in den Aufnahmeplätzen 31 bis 33 erfolgt durch eine Formschlussverbindung, beispielsweise durch Einstecken der Sensorelemente 34 bis 36 von der Unterseite des Bürstenträgerkörpers 11 in die eine entsprechende Aufnahmekontur aufweisenden Aufnahmeplätze 31 bis 33, derart, dass entsprechend der 2 die Sensorelemente 34 bis 36 mit ihrer der Ankerwelle 16 zugewandten (Sensor-)Fläche jeweils bis unmittelbar an die Durchgangsöffnung 14 heranreichen. Wesentlich ist auch, dass die Aufnahmeplätze 31 bis 33 im Querschnitt entsprechend der 2 wenigstens eine, als Anschlagfläche für das Sensorelement 34 bis 36 wirkende Formschräge 41, 42 aufweist, so dass sich der Querschnitt der Aufnahmeplätze 31 bis 33 in Richtung zur Ankerwelle 16 hin verengt. Dadurch sind die Sensorelemente 34 bis 36 auch ohne zusätzlich Bauelemente alleine durch die Formschlussverbindung in dem jeweiligen Aufnahmeplatz 31 bis 33 in radialer Richtung fixiert aufgenommen. Insbesondere lässt sich dadurch auch ein Streifen der Sensorelemente 34 bis 36 an dem Magnetring 20 verhindern bzw. der Radialspalt zwischen den Sensorelementen 34 bis 36 und dem Magnetring 20 besonders einfach einstellen.
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Anhand der 3 ist erkennbar, dass die Sensorelemente 34 bis 36 jeweils zwei (bei spannungsgeführten Sensorelementen 34 bis 36 drei), als Drahtelemente ausgebildete Anschlussfüße 38, 39 sowie ein kurzes Drahtstück 40, aufweisen, das in eine entsprechende Öffnung des Bürstenträgerkörpers 11 einführbar ist und das Sensorelement 34 bis 36 an seinem Aufnahmeplatz 31 bis 33 positioniert bzw. hält.
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Erfindungsgemäß ist es zur Erfassung einer unterschiedlichen Anzahl von Magnetelementen 17, 18 vorgesehen, dass der zweite Aufnahmeplatz 32 für das Sensorelement 35, bezogen auf die Winkelposition des ersten Aufnahmeplatzes 31 bzw. des Sensorelements 34 um einen Winkel β von 90° im Gegenuhrzeigersinn angeordnet ist. Demgegenüber befindet sich der dritte Aufnahmeplatz 33 für das dritte Sensorelement 36 um einen Winkel γ von 135° im Gegenuhrzeigersinn, bezogen auf den ersten Aufnahmeplatz 31 des ersten Sensorelements 34.
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In der 4 ist für verschiedene Winkelstellungen der Ankerwelle 16 und eine unterschiedliche Anzahl von Magnetelementen 17, 18 dargestellt, bei welcher Winkelposition mittels eines Sensorelements 35, 36 ein an dem Sensorelement 35, 36 vorbeibewegtes Magnetelement 17, 18 erfasst wird. Dabei ist erkennbar, dass bei einem Winkel α von 90° die Position von Ankerwellen 16 unter Verwendung von einen, drei und fünf Magnetelement(en) 17, 18 erfasst werden, während bei einer Winkelposition γ von 135° die Position von Ankerwellen 16 mit zwei oder sechs Magnetelementen 17, 18 erfasst werden können. Bis auf die Verwendung von vier Magnetelementen 17, 18 können mit den beiden angesprochenen Winkelpositionen von 90° und 135° der Aufnahmeplätze 32, 33 (in Verbindung mit dem Sensorelement 34 an dem Aufnahmeplatz 31) die Positionen von Ankerwellen 16 mit einem, zwei, drei, fünf und sechs Magnetelementen 17, 18 erfasst werden.
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Der soweit beschriebene Bürstenträger 10 für einen Elektromotor kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Insbesondere kann die konstruktive Ausgestaltung des Bürstenträgers 10 von der beschriebenen und gezeigten Darstellung abweichen. Wesentlich ist lediglich, dass der Bürstenträger 10 bzw. der Bürstenträgerkörper 11 drei Aufnahmeplätze 31 bis 33 für Sensorelemente 34 bis 36 aufweist, wobei stets der erste Aufnahmeplatz 31 mit seinem Sensorelement 34 und einer der beiden anderen Aufnahmeplätze 32, 33 in Abhängigkeit von der Anzahl der verwendeten Magnetelemente 17, 18 mit seinem entsprechenden Sensorelement 35, 36 bestückt ist, und wobei die Winkelpositionen der beiden Aufnahmeplätze 32, 33, bezogen auf den ersten Aufnahmeplatz 31, um 90° und 135° versetzt zum ersten Aufnahmeplatz 31 angeordnet sind.
