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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Kommutatoreinrichtung für einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Elektromotor mit einer erfindungsgemäßen Kommutatoreinrichtung.
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Eine Kommutatoreinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE 10 2010 042 697 A1 der Anmelderin bekannt. Die bekannte Kommutatoreinrichtung umfasst ein Federelement mit zwei Federabschnitten, wobei der eine Federabschnitt gegen die einem Kontaktelement abgewandte Stirnseite einer Bürste drückt, und wobei der andere Federabschnitt in einer Richtung quer zur Längsachse der Bürste auf diese einwirkt. Der letztgenannte Federabschnitt drückt die Bürste gegen zwei V-förmig angeordnete Führungsflächen in einem Bürstenführungselement für die Bürste. Der zweite Federabschnitt dient in Verbindung mit den V-förmig angeordneten Führungsflächen zu einer Beruhigung bzw. Vibrationsminimierung der Bürste während des Betriebs, insbesondere während des Umschaltens der Drehrichtung eines Elektromotors. Dadurch wird die Geräuschemission der bekannten Kommutatoreinrichtung herabgesetzt, was insbesondere bei Komfortantrieben in Kraftfahrzeugen, wie einem Schiebedachantrieb, einem Fensterheberantrieb oder ähnlichem wünschenswert ist. Nachteilig dabei ist, dass durch das einteilig ausgebildete Federelement mit zwei Federabschnitten das Federelement relativ aufwändig gefertigt bzw. gebogen werden muss und einen zusätzlichen Montageschritt zur Befestigung des Federelements erforderlich ist.
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Aus der
EP 1 649 556 B1 der Anmelderin ist darüber hinaus eine gattungsgemäße Kommutatoreinrichtung bekannt, bei der zwei voneinander unabhängige Federelemente vorgesehen sind, wobei das erste Federelement als Druckfeder ausgebildet ist und gegen die einer Kontaktfläche der Bürste gegenüberliegenden Stirnfläche der Bürste drückt. Das andere Federelement drückt die Bürste in einer Richtung quer zur Längsachse der Kohlebürste und ist relativ nahe an dem Kontaktelement angeordnet. Diese Kommutatoreinrichtung ermöglicht zwar den Einsatz bzw. die Verwendung relativ einfach ausgebildeter Federelemente, jedoch ist insbesondere durch die Verwendung zweier Federelemente ebenfalls ein relativ aufwändiger, zusätzlicher Montageprozess erforderlich.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kommutatoreinrichtung für einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass eine möglichst einfache, herstellungstechnisch kostengünstige Kommutatoreinrichtung erzielbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Kommutatoreinrichtung für einen Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das wenigstens eine zweite Federelement – insbesondere einstückig – mit dem Bürstenführungselement verbunden ist. Eine derartige Ausbildung ermöglicht es, auf eine separate Montage des zweiten Federelements zu verzichten und ermöglicht daher eine herstellungstechnisch besonders kostengünstige Montage der Kommutatoreinrichtung.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kommutatoreinrichtung für einen Elektromotor 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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In besonders bevorzugter konstruktiver Ausgestaltung der Kommutatoreinrichtung ist es vorgesehen, dass das Bürstenführungselement als Kunststoffspritzgußteil ausgebildet ist, und dass das wenigstens eine zweite Federelement aus einem Wandabschnitt des Bürstenführungselements gebildet ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass das zweite Federelement integraler Bestandteil des Bürstenführungselements ist und bei der Ausbildung des Bürstenführungselements als Kunststoffspritzgußteil bereits mit gefertigt wird.
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In konstruktiver Weiterbildung des zuletzt genannten Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, dass das wenigstens eine zweite Federelement einen ersten Bereich aufweist, an dem das wenigstens eine zweite Federelement mit dem Bürstenführungselement verbunden ist, und einen zweiten Bereich, der unter elastischer Vorspannung gegen eine Seitenfläche der Bürste anliegt.
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Um einerseits den Verschleiß an einer Kontaktfläche zwischen dem zweiten Federelement und der Bürste zu reduzieren, und andererseits eine Beeinflussung der elastischen Vorspannkraft auf die Bürste durch das wenigstens eine zweite Federelement bewirken zu können, ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der zweite Bereich des zweiten Federelements ein Anlageelement zur Anlage an die Bürste aufweist, das einstückig an dem zweiten Bereich angeformt ist. Durch eine entsprechende Ausgestaltung des Anlageelements, z.B. in Form einer eine bestimmte Dicke bzw. Form aufweisenden Kuppe lässt sich die oben genannte Aufgabe besonders einfach und effektiv lösen, ohne dass zusätzliche separate Anlageelemente erforderlich sind.
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Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass der zweite Bereich des zweiten Federelements ein Anlageelement zur Anlage an die Bürste aufweist, das als ein von dem zweiten Bereich separates Element ausgebildet ist. Eine derartige Ausbildung ermöglicht es insbesondere, durch ein Anlageelement aus einem gegenüber dem Bürstenführungselement anderen Material den Verschleiß zusätzlich zu verringern, bzw., für eine entsprechende Dimensionierung des Anlageelementes mit ein und demselben Bürstenführungselement unterschiedliche elastische Vorspannkräfte des zweiten Federelements gegen die Bürste zu ermöglichen.
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In grundsätzlich alternativer Ausgestaltung zu den oben beschriebenen Varianten ist es auch möglich, dass das Bürstenführungselement als Kunststoffspritzgußteil ausgebildet ist, und dass das wenigstens eine zweite Federelement aus Metall besteht und durch bereichsweises Umspritzen mit dem Bürstenführungselement verbunden ist. Ein derartiges zweites Federelement kann beispielsweise im einfachsten Fall in Form eines Metallstreifens ausgebildet sein, der in ein Spritzgußwerkzeug zum Ausbilden des Bürstenführungselements eingelegt wird und auf der der Anlagefläche der Bürste gegenüberliegenden Seite bereichsweise von dem Material des Bürstenführungselements umspritzt wird.
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Zur Erzielung eines besonders leisen bzw. vibrationsarmen Betriebs des Elektromotors ist es vorgesehen, dass das Bürstenführungselement zwei, um jeweils etwa 45° gegen eine Bewegungsrichtung des Kontaktelements zur Bürste angeordnete Flächen aufweist, gegen die die Bürste von dem wenigstens einen zweiten Federelement kraftbeaufschlagt ist. Eine derartige Ausbildung bewirkt, dass die Bürste von dem wenigstens einen zweiten Federelement stets mit einer bestimmten Kraft gegen die beiden Flächen gedrückt wird, so dass insbesondere beim Umschalten der Drehrichtung des Elektromotors bzw. der Kommutatoreinrichtung eine Verkippen der Bürste relativ zum Bürstenführungselement ausgeschlossen wird, was den gewünschten vibrationsarmen Betrieb ermöglicht.
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Eine besonders zuverlässige Anlage der Bürste gegen die Seitenflächen des Bürstenführungselements wird erzielt, wenn die Bürste einen quadratischen Querschnitt aufweist und wenn zwei zweite Federelemente vorgesehen sind, die gegen die nicht in Wirkverbindung mit den Seitenflächen angeordneten Seitenflächen der Bürste wirken. Eine derartige Ausbildung hat darüber hinaus zum einen den Vorteil, dass relativ einfach geformte, weil einen quadratischen Querschnitt aufweisende Bürsten verwendet werden können, und dass zum anderen, selbst beim Ausfall eines der beiden Federelemente, die Funktion der Kommutatoreinrichtung gewährleistet ist. Darüber hinaus wird es bei der Verwendung zwei zweiter Federelemente ermöglicht, dass die beiden zweiten Federelemente mit jeweils in etwa nur der halben Anlagekraft gegenüber der Verwendung eines einzigen zweiten Federelements gegen die Bürste anliegen müssen.
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Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die Bürste auf der den beiden Seitenflächen des Bürstenführungselements abgewandelten Seite eine ebene Seitenfläche aufweist, die rechtwinklig zu einer die beiden Seitenflächen schneidenden Mittelebene angeordnet ist, und dass ein zweites Federelement vorgesehen ist, das gegen die Seitenfläche drückt.
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Besonders effektiv wirkt das wenigstens eine zweite Federelement, wenn dieses auf der dem ersten Federelement abgewandten Seite der Bürste nahe dem Kontaktelement in Wirkverbindung mit der Bürste angeordnet ist.
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Die Erfindung umfasst auch einen Elektromotor, insbesondere einen Komfortantrieb in einem Kraftfahrzeug, wie einen Schiebedachantrieb, Fensterheberantrieb oder ähnlichem mit einer erfindungsgemäßen Kommutatoreinrichtung. Ein derartiger Elektromotor hat den Vorteil, dass er besonders geräuscharm arbeitet und sich herstellungstechnisch besonders kostengünstig herstellen lässt.
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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 teilweise geschnittene Seitenansicht auf eine erste Kommutatoreinrichtung für einen Elektromotor im Bereich eines Bürstenführungselements,
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2 einen Schnitt in der Ebene II-II der 1,
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3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht durch eine gegenüber den 1 und 2 modifizierte Kommutatoreinrichtung und
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4 einen Schnitt in der Ebene IV-IV der 3.
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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 1 und 2 ist eine erste erfindungsgemäße Kommutatoreinrichtung 10 für einen Elektromotor 1 dargestellt. Bei dem Elektromotor 1 handelt es sich um einen Gleichstrommotor, der vorzugsweise in einem Komfortantrieb eines Kraftfahrzeugs, wie einen Sitzverstellungsantrieb, ein Fensterheberantrieb, einem Schiebedachantrieb oder ähnlichem Verwendung findet.
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Die Kommutatoreinrichtung 10 umfasst wenigstens zwei Bürstenführungselemente 11, von denen in der Darstellung der 1 und 2 lediglich ein Bürstenführungselement 11 dargestellt ist. Insbesondere sind die Bürstenführungselemente 11, wie aus dem Stand der Technik an sich bekannt, in einem Winkel im Bezug zu einer Drehachse 2 eines Ankers 5 des Elektromotors 1 versetzt zueinander angeordnet.
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Der Anker 5 weist, wie insbesondere anhand der 2 erkennbar ist, mehrere, am Umfang des Ankers 5 angeordnete, streifenförmige, als Kontaktelemente für eine Kohlebürste 15 wirkende Lamellen 6 auf. Die Lamellen 6 sind parallel zur Drehachse 2 des Ankers 5 angeordnet und elektrisch voneinander jeweils durch einen Spalt 7 getrennt.
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Die Kohlebürste 15 weist in dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine quadratische Querschnittsfläche 16 auf und liegt mit der einen Stirnfläche 17 an der Lamelle 6 elektrisch leitend an. Die andere, der Lamelle 6 abgewandte Stirnfläche 18 der Kohlebürste 15 ist mittels eines lediglich symbolisch dargestellten ersten Federelements 20 kraftbeaufschlagt, die eine Kraft F erzeugt, deren Richtung senkrecht zur Drehachse 2 in Richtung zur Lamelle 6 verläuft. Das erste Federelement 20 kann beispielsweise als Druck- oder Schenkelfeder ausgebildet sein, aus Metall bestehen, und ist beispielsweise mit dem Bürstenführungselement 11 verbunden.
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Das Bürstenführungselement 11 besteht aus Kunststoff und ist als Spritzgussteil ausgebildet. Es weist eine ebenfalls quadratische (Innen-)Querschnittsfläche auf, die von vier Seitenflächen 21 bis 24 des Bürstenführungselements 11 ausgebildet wird. Wesentlich dabei ist, dass die beiden Seitenflächen 21, 22, wie insbesondere anhand der 1 erkennbar ist, zumindest mittelbar Anlageflächen für die Kohlebürste 15 ausbilden. Hierzu weisen die beiden Seitenflächen 21, 22 jeweils zwei, in einem Abstand zueinander angeordnete rippenförmige Anlagestege 25, 26 auf, an denen jeweils eine Seitenfläche 36, 37 der Kohlebürste 15 linienförmig anliegen. Wie insbesondere anhand der 1 ferner besonders deutlich erkennbar ist, ist der Querschnitt des Bürstenführungselements 11 um einen Winkel α von etwa 45° gegenüber einer durch den Doppelpfeil 28 gekennzeichneten Bewegungsrichtung der Lamellen 6 gegenüber der Kohlebürste 15 geneigt angeordnet.
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Erfindungswesentlich ist, dass bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der 1 und 2 das Bürstenführungselement 11 zwei zweite Federelemente 30, 31 ausbildet, die einstückig an dem Bürstenführungselement 11 angeordnet sind bzw. von dem Material des Bürstenführungselements 11 ausgebildet werden. Insbesondere sind die beiden zweiten Federelemente 30, 31 durch Längsschlitze 32 von den beiden Seitenflächen 23, 24, die in Richtung der Längsachse 33 der Kohlebürste 15 verlaufen, getrennt.
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Entsprechend der Darstellung der 2 sind die beiden zweiten Federelemente 30, 31 an einem ersten Bereich 34 auf der der Lamelle 6 abgewandten Seite einstückig mit der entsprechenden Seitenfläche 23, 24 des Bürstenführungselements 11 verbunden. Der dem ersten Bereich 34 radial abgewandte zweite Bereich 35 liegt unter Ausbildung einer elastischen Vorspannkraft FV gegen die jeweilige Seitenfläche 36, 37 der Kohlebürste 15 in einem der Lamelle 6 nahen Bereich an. Insbesondere verläuft die Vorspannkraft FV senkrecht zur Längsachse 33 des Bürstenführungselements 11 und senkrecht zu den beiden Seitenflächen 36, 37. Darüber hinaus sind die beiden, insbesondere streifenförmig ausgebildeten zweiten Federelemente 30, 31 in etwa in einem Mittelbereich der jeweiligen Seitenfläche 23, 24 des Bürstenführungselements 11 ausgebildet und/oder angeordnet, so dass die zweiten Bereiche 35 in etwa auch in der Mitte der jeweiligen Seitenfläche 36, 37 der Kohlebürste 15, bezogen auf die Breite der Seitenfläche 36, 37, anliegen.
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Der zweite Bereich 35 bildet ein Anlageelement 38 zur Anlage an der Kohlebürste 15 aus, das auf der der Kohlebürste 15 zugewandten Seite beispielhaft kuppelförmig ausgebildet ist. Das Anlageelement 38 kann aus dem Material des Bürstenführungselements 11 (Kunststoff) bestehen und einstückig an dem zweiten Federelement 30, 31 angeformt sein. Alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass das Anlageelement 38 als ein von dem zweiten Federelement 30, 31 separates, insbesondere metallisches oder aus einem besonders verschleißfesten Material bestehendes Bauteil ausgebildet ist und mit dem zweiten Federelement 30, 31 auf geeignete Art und Weise verbunden ist.
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Das Anlageelement 38 ist dabei bevorzugt gewölbt ausgeformt, so dass es punkt- oder linienförmig an der Seitenfläche der bürste 15 anliegt.
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In den 3 und 4 ist eine gegenüber den 1 und 2 modifizierte Kommentatoreinrichtung 10a dargestellt. Bei der Kommutatoreinrichtung 10a weist sowohl das Bürstenführungselement 11a, als auch die Kohlebürste 15a jeweils einen fünfeckigen Querschnitt auf. Neben den beiden Seitenflächen 21, 22 umfasst das Bürstenführungselement 11a zwei, parallel zu den Lamellen 6 ausgerichtete Seitenflächen 43, 44 und eine die beiden Seitenflächen 43, 44 miteinander verbindende Seitenfläche 45. Die Seitenfläche 45 verläuft dabei senkrecht zur Richtung der Lamellen 6. Von der Seitenfläche 45 des Bürstenführungselements 11a wird, in Analogie zu den beiden Seitenflächen 23, 24, ein zweites Federelement 46 ausgebildet, das auf eine ebene Oberseite 47 der Kohlebürste 15a wirkt. Die Ausrichtung bzw. Anordnung des zweiten Federelements 46 ist derart, dass die von dem zweiten Federelement 46 erzeugte elastische Vorspannkraft FV in einer Mittelebene 48 des Querschnitts des Bürstenführungselements 11a angeordnet ist, die mit der Verbindung der beiden Seitenflächen 21, 22 des Bürstenführungselements 11a fluchtet.
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Obwohl die Kohlebürste 15a einen fünfeckigen Querschnitt aufweist, der dem Querschnitt des Bürstenführungselements 11a angepasst ist, ist es auch denkbar, ein Bürstenführungselement 11a zu verwenden, das einen quadratischen Grundquerschnitt aufweist, wobei eine Oberseite 47 durch Abschleifen beispielsweise eines Eckbereich des quadratischen Querschnitts gebildet wird. Dies ist durch die gestrichelten Linien 49 in der Darstellung der 4 erkennbar.
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Die soweit beschriebene Kommutatoreinrichtung 10, 10a, kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Insbesondere kann es auch vorgesehen sein, dass anstelle aus dem Material des Bürstenführungselements 11, 11a bestehende zweite Federelemente 30, 31, 46 dadurch gebildet werden, dass entsprechende zweite Federelemente beispielsweise aus einem Metallstreifen bestehen, die in das Werkzeug zum Ausbilden des Bürstenführungselements 11, 11a eingelegt werden und die auf der der Anlagefläche zur Kohlebürste 15, 15a abgewandten Seite bereichsweise von dem Material des Bürstenführungselements 11, 11a umspritzt und dadurch mit diesem verbunden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010042697 A1 [0002]
- EP 1649556 B1 [0003]
