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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Kommutator für Elektromotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Elektromotor mit einem erfindungsgemäßen Kommutator.
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Ein Kommutator für Elektromotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
US 6,320,293 B1 bekannt. Der bekannte Kommutator weist an seiner Umfangsfläche eine Vielzahl von in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordneten Kommutatorlamellen auf, die konzentrisch zu einer Längsachse des Kommutators angeordnet sind. Auf der den Ankerwicklungen zugewandten Seite der Kommutatorlamellen weisen diese jeweils einen hakenförmigen, zunächst radial nach außen und dann in Richtung der den Ankerwicklungen abgewandten Seite rückgebogenen Abschnitt auf, der einen Kontaktelement ausbildet. Die Kontaktelemente dienen dazu, die Ankerwicklungen, insbesondere durch einen Löt- bzw. Schweißprozess, elektrisch leitend mit den Kommutatorlamellen zu verbinden. Auf der den Ankerwicklungen abgewandten Seite der Kommutatorlamellen wirken die Kommutatorlamellen in bekannter Art und Weise mit Bürstenelementen zusammen.
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Wesentlich bei der Fertigung eines derartigen Kommutators ist es, dass das maschinelle Kontaktieren bzw. Verbinden der Drahtenden der Ankerwicklungen mit den Kontaktelementen möglichst sicher und zuverlässig erfolgt. Darüber hinaus ist der Bauraum bzw. der Durchmesser eines Kommutators ebenfalls von großer Bedeutung, insbesondere mit Blick auf die Anzahl der Kommutatorlamellen. Für den Fall, dass bei einer maximal möglichen Baugröße bzw. einen maximal möglichen Durchmesser des Kommutators dieser relativ viele Kommutatorlamellen aufweisen soll, ist insbesondere das maschinelle Kontaktieren bzw. Umwickeln der Kommutatorhaken mit den Drahtenden der Ankerwicklungen relativ schwierig bzw. stellt einen kritischen Fertigungsschritt dar.
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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 Elektromotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass unter Beibehaltung einer bestimmten Baugröße bzw. eines bestimmten Durchmessers des Kommutators bei Verwendung einer relativ großen Anzahl von Kommutatorlamellen das Kontaktieren von Ankerwicklungen mit den Kommutatorhaken möglichst sicher und einfach gestaltet werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kommutator für Elektromotoren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Durchmesser eines ersten Bereichs der Kommutatorlamellen, in dem die hakenförmigen Kontaktelemente angeordnet bzw. ausgebildet sind, zumindest bereichsweise größer ist als der Durchmesser eines zweiten Bereichs der Kommutatorlamellen, der der elektrischen Kontaktierung mit den Bürstenelementen dient.
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Es ist somit erfindungsgemäß vorgesehen, innerhalb der Längserstreckung der Kommutatorlamellen zwei Bereiche mit unterschiedlichen Durchmessern auszubilden bzw. vorzusehen, wobei jedem Bereich eine spezifische Funktion bzw. Aufgabe zugeordnet ist. Dadurch, dass der Bereich, der bei montiertem Elektromotor der elektrischen Kontaktierung der Bürstenelemente dient, einen geringeren Durchmesser aufweist als der Bereich, in dem die Kommutatorhaken mit den Ankerwicklungen elektrisch leitend verbunden sind, wird die Möglichkeit geschaffen, beispielsweise einen Drahtwickelautomaten mit größerem Freiraum bzw. einfacherer Ausrichtung im Bereich des den geringeren Durchmesser aufweisenden Bereichs des Kommutators in Richtung der Kommutatorhaken zu bewegen. Gleichzeitig verringert sich durch den im Durchmesser reduzierten Bereich des Kommutators die Baugröße des Kommutators im Bereich der Bürstenelemente, so dass ggf. eine Bürstenhalterplatte, welche die Bürstenelemente zur Kontaktierung des Kommutators trägt, ebenfalls mit einem relativ geringen Außendurchmesser bzw. einer relativ geringen Baugröße ausgestattet werden kann. Dadurch lässt sich ein besonders kompakt bauender Elektromotor realisieren.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kommutators für Elektromotoren 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 einer konstruktiv bevorzugten Ausgestaltung des Kommutators ist es vorgesehen, dass der Durchmesser des zweiten Bereichs, der der elektrischen Kontaktierung der Bürstenelemente dient, konstant ist, und dass die Kontaktelemente (Kommutatorhaken) identisch ausgebildet sind. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die Kommutatorlamellen jeweils identisch ausgebildet sind, so dass eine besonders einfache Fertigung des Kommutators ermöglicht wird.
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Wie eingangs erläutert, ist das Kontaktieren der Kommutatorlamellen bei einem bestimmten Durchmesser bzw. einer bestimmten Baugröße des Kommutators umso kritischer, je größer die Anzahl der Kommutatorlamellen ist. Daher ist es zur Erzielung der angegeben Vorteile insbesondere vorgesehen, dass wenigstens 16, vorzugsweise wenigstens 20, besonders bevorzugt 22 Kommutatorlamellen vorgesehen sind, die vorzugsweise in gleichgroßen Winkelabständen zueinander angeordnet sind.
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Darüber hinaus kommen die erwähnten Vorteile insbesondere dann zum Tragen, wenn der Durchmesser des Bereichs, von dem die Kommutatorhaken ausgehen bzw. an dem die Kommutatorhaken ausgebildet sind, wenigstens um 10% größer ist als der Durchmesser des Bereichs, der der elektrischen Kontaktierung der Bürstenelemente dient.
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Um die benötigte axiale Baulänge des Kommutators möglichst wenig zu vergrößern, ist es vorgesehen, dass die beiden Bereiche mit den unterschiedlichen Durchmessern mittels eines stufenartigen Übergangsbereichs miteinander verbunden sind, der zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse angeordnet ist.
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In Weiterbildung des zuletzt genannten Erfindungsgedankens ist es vorgesehen, dass der Übergangsbereich in axialer Richtung der Längsachse betrachtet mit den Enden der hakenförmigen Kontaktelemente bzw. den Kommutatorhaken fluchtet.
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Die Erfindung umfasst auch einen Elektromotor, der einen erfindungsgemäßen Kommutator aufweist.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn der Elektromotor als Wischermotor in einer Wischanlage zum Reinigen einer Fahrzeugscheibe verwendet bzw. als solcher ausgebildet ist.
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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 perspektivische Ansicht auf den erfindungswesentlichen Bereich eines Kommutators,
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2 eine stirnseitige Ansicht auf den Kommutator gemäß 1,
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3 einen Längsschnitt in der Ebene III-III der 2 und
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4 ein Teilbereich eines als Scheibenwischermotor ausgebildeten Elektromotors unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Kommutators im Längsschnitt.
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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 bis 3 ist ein erfindungsgemäßer Kommutator 10 dargestellt, wie er insbesondere als Bestandteil eines in der 4 erkennbaren Elektromotors 1, insbesondere eines Scheibenwischermotors für Wischanlagen zum Reinigen von Fahrzeugscheiben, verwendet wird. Der Kommutator 10 weist in üblicher Art und Weise eine Längsachse 11 mit einer in Längsrichtung verlaufenden Durchgangsbohrung 12 auf, über die der Kommutator 10 entsprechend der Darstellung der 4 auf einer Ankerwelle 15 des Elektromotors 1 drehfest befestigt ist. Der Kommutator 10 weist einen insbesondere im Wesentlichen hülsenförmigen, aus Kunststoff bestehenden Grundkörper 16 auf, an dessen Außenumfang eine Vielzahl von in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnete Kommutatorlamellen 18 befestigt sind, welche konzentrisch zur Längsachse 11 und parallel zur Längsachse 11 angeordnet sind. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Kommutator 10 wenigstens sechzehn, vorzugsweise wenigstens zwanzig, besonders bevorzugt zweiundzwanzig Kommutatorlamellen 18 aufweist.
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Wie insbesondere anhand der 3 erkennbar ist, weist der Kommutator 10, in Richtung der Längsachse 11 betrachtet, zwei Bereiche 21, 22 auf. Der erste Bereich 21 ist, wie insbesondere anhand der 4 erkennbar ist, auf der Ankerwicklungen 23 zugewandten Seite eines Ankers 25 des Elektromotors 1 angeordnet. Der zweite Bereich 22 ist demgegenüber einer in der 4 erkennbaren Bürstenhalterplatte 26 mit Bürstenelementen 27 zugeordnet, welche in bekannter Art und Weise mittels Federelementen 28 radial gegen die Kommutatorlamellen 18 kraftbeaufschlagt sind, um diese elektrisch zu kontaktieren.
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Der erste Bereich 21 der Kommutatorlamellen 18 umfasst darüber hinaus hakenförmige Kontaktelemente 30, sogenannte Kommutatorhaken, welche dadurch gebildet sind, dass stirnseitige Endbereiche der Kommutatorlamellen 18, welche beispielsweise eine geringere Breite b aufweisen als die Breite B der Kommutatorlamellen 18 im zweiten Bereich 22, durch einen Umformprozess in Richtung des zweiten Bereichs 22 rück- bzw. umgebogen sind. Die Kontaktelemente 30 können dabei, wie insbesondere anhand der 3 erkennbar ist, beispielsweise um einen Winkel α gegenüber der Längsachse 11 des Kommutators 10 radial nach außen abstehen. Weiterhin erkennt man anhand der 3 noch zwei radial nach innen ragende Fortsätze 31, 32 im zweiten Bereich 22, die der besseren Verankerung der Kommutatorlamellen 18 im Kunststoffmaterial des Grundkörpers 16 dienen. Im dargestellten Ausführungsbeispielen sind die beiden Fortsätze 31, 32 symmetrisch zu einer Ebene 33 angeordnet, welche in Höhe der halben axialen Längserstreckung des zweiten Bereichs 22 verläuft.
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Die axiale Längserstreckung der beiden Bereiche 21, 22 in Richtung der Längsachse 11 ergibt sich insbesondere aus funktionalen Gründen hinsichtlich der elektrischen Kontaktierung bzw. Verschweißung der einzelnen Ankerwicklungen 23 mit ihrem jeweiligen Kontaktelement 30 sowie der Anordnung der Bürstenhalterplatte 26 sowie der Breite der Bürstenelemente 27 in Richtung der Längsachse 11 des Kommutators 10.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die beiden Bereiche 21, 22 unterschiedliche Durchmesser d, D aufweisen, wobei der Durchmesser D des ersten Bereichs 21 vorzugsweise wenigstens 10%, besonders bevorzugt wenigstens 15% größer ist als der Durchmesser d des zweiten Bereichs 22,. Dabei bezieht sich der Durchmesser D des ersten Bereichs 21 auf den Abschnitt bzw. Teilkreisdurchmesser des ersten Bereichs 21, von dem die Kontaktelemente 30 radial nach außen wegragen, wie dies anhand der 3 dargestellt ist.
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Der Übergang zwischen den beiden Bereichen 21, 22 erfolgt über einen in den Kommutatorlamellen 18 ausgebildeten stufenförmigen Bereich 35, welcher zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse 11 des Kommutators 10 angeordnet ist, und zumindest in etwa mit den Enden 36 der Kontaktelemente 30 fluchtend abschließt.
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Der soweit beschriebene Kommutator 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromotor
- 10
- Kommutator
- 11
- Längsachse
- 12
- Durchgangsbohrung
- 15
- Ankerwelle
- 16
- Grundkörper
- 18
- Kommutatorlamelle
- 21
- erster Bereich
- 22
- zweiter Bereich
- 23
- Ankerwicklung
- 25
- Anker
- 26
- Bürstenhalterplatte
- 27
- Bürstenelement
- 28
- Federelement
- 30
- Kontaktelement
- 31
- Fortsatz
- 32
- Fortsatz
- 33
- Ebene
- 35
- Bereich
- 36
- Ende
- B
- Breite
- b
- Breite
- D
- Durchmesser
- d
- Durchmesser
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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