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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Kommutator für einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Kommutators sowie einen mit einem erfindungsgemäßen Kommutator ausgestatteten Elektromotor.
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Ein Kommutator für einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE 196 17 524 A1 der Anmelderin bekannt. Der bekannte Kommutator weist eine Vielzahl von insbesondere aus Kupfer bestehenden, länglichen Lamellen auf, die mit Wicklungsdrähten eines Ankers elektrisch verbindbar sind, und die auf einem Teilkreisdurchmesser um eine Drehachse des Kommutators angeordnet sind. Die Lamellen erstrecken sich parallel zur Drehachse des Kommutators, wobei die einzelnen Lamellen durch Längsspalte voneinander elektrisch isoliert sind, und wobei eine äußere Umfangsfläche der Lamellen eine gekrümmte Oberfläche zur Anlage an eine Kohlebürste aufweist. Die gekrümmte äußere Umfangsfläche der Lamellen ist erforderlich, damit die Kohlebürste bei der Drehung des Kommutators vollflächig an der Lamelle anliegt, sodass der elektrische Übergangswiderstand zwischen der Kohlebürste und der Lamelle minimiert wird. Weiterhin ist es wichtig, dass bei der Drehung des Kommutators um seine Drehachse die Kohlebürste in Bezug zur Drehachse des Kommutators radial möglichst wenig bewegt wird, damit bei den zur Diskussion gehenden Drehzahlen des Kommutators kein radiales Aufschwingen der Kohlebürste (welche üblicherweise durch Federkraft gegen den Kommutator gedrückt ist) mit damit verbundenen Funktionsbeeinträchtigungen und Geräusch auftritt. Dies wird bei der Herstellung des Kommutators dadurch gewährleitet, dass der Außenumfang des Kommutators (üblicherweise zusammen mit dem Außenumfang eines Ankers, auf dessen Welle der Kommutator befestigt ist) überdreht oder geschält wird, um eine konzentrisch zur Drehachse des Kommutators angeordnete äußere Umfangsfläche der Lamellen zu erzielen. Beim Bearbeiten des Außenumfangs des Kommutators durch das Werkzeug besteht die Gefahr, dass beim Auftreffen des Werkzeugs auf eine Lamelle nach Durchqueren des Längsspalts an der Lamelle sogenannte Fadenspäne entstehen, die bei der Bearbeitung des Kommutators nicht durch das Werkzeug entfernt werden, d.h. an den Lamellen anhaften bleiben. Wird ein derartiger Kommutator anschließend in einem Elektromotor betrieben, so besteht die Gefahr, dass beim Überqueren der Kohlebürste an der betreffenden Lamelle sich der Span löst und anschließend innerhalb des Elektromotors zu Kurzschlüssen führt, wenn der Span mit stromführenden Teilen oder Drähten in Berührung gelangt. Dies wird in der Praxis dadurch vermieden, dass potentiell gefährdete Bereiche des Elektromotors bzw. des Kommutators mit einem elektrisch isolierenden Lack versehen werden. Das Ausbilden einer derartigen Lackschicht erfordert jedoch einen zusätzlichen Fertigungsschritt und erhöht damit die Herstellkosten.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Kommutator für einen Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass selbst bei einem Lösen der (Faden-)Späne von den Lamellen durch eine Kohlebürste bei der Drehung des Kommutators die Späne nicht zu den angesprochenen, funktionskritischen Kurzschlüssen führen, auch wenn auf die elektrisch isolierende Lackschicht verzichtet wird. Der erfindungsgemäße Kommutator weist daher den Vorteil auf, dass auf die die Herstellkosten erhöhende Ausbildung der Lackschicht an stromführenden Bauteilen verzichtet werden kann.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Lamellen jeweils wenigstens eine in Längsrichtung einer Lamelle verlaufende Nut aufweisen, die von der radial äußeren Umfangsfläche der Lamelle ausgeht. Eine derartige Nut bewirkt, dass beim Lösen eines Spans dieser in Umfangsrichtung des Kommutators betrachtet lediglich maximale eine Länge aufweisen kann, die der Umfangslänge von der Seitenkante der Lamelle bis zu der Nut entspricht. Dadurch wird die mögliche maximale Spanlänge gegenüber einer Lamelle ohne Nut reduziert. Wesentlich dabei ist, dass die Anzahl bzw. die Größe der Nuten in Umfangsrichtung der Lamelle derart gewählt wird, dass die Länge zwischen dem Beginn bzw. der Seitenkante einer Lamelle und einer Nut bzw. zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nuten (bei mehreren Nuten an einer Lamelle) so gering ist, dass bei einem sich von dem Kommutator lösenden Span dieser nicht zu Kurzschlüssen führen kann, d.h. unter einer kritischen Länge bleibt. Die Ausbildung der erfindungsgemäß vorgesehenen (Längs-)Nuten erhöht zwar den Herstellungsaufwand an dem Kommutator, jedoch ist dieser zusätzliche Herstellaufwand geringer als der Aufwand, der zur Ausbildung der angesprochenen Lackschicht an stromführenden Teilen beim Stand der Technik erforderlich ist. Da die Nuten lediglich über einen Teilbereich der Dicke der Lamellen ausgebildet sind ist auch die elektrische Funktionsfähigkeit der Lamellen gegenüber dem Stand der Technik zumindest nahezu unverändert vorhanden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kommutators für einen Elektromotor sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Da für die Umsetzung der erfindungsgemäßen Idee die maximale Länge eines Partikels bzw. Spans wesentlich ist, ist es von besonderem Vorteil, wenn die wenigstens eine Nut in Umfangsrichtung der Lamelle betrachtet gleichlange Teilabschnitte an der Lamelle ausbildet. Somit entspricht ein derartiger Teilabschnitt der maximal möglichen Größe bzw. Länge eines Partikels bzw. Spans.
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Insbesondere bei Kommutatoren, die eine relativ geringe Anzahl von Lamellen aufweisen bzw. bei denen die in dem Elektromotor angeordneten stromführenden Teile einen relativ geringen Abstand zueinander aufweisen, kann es in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass jede Lamelle mehrere Nuten aufweist. Mit der Anzahl der Nuten reduziert sich die maximale Länge eines sich von der Lamelle ablösenden Partikels bzw. Spans.
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Der Fertigungsaufwand zur Herstellung der Nuten kann reduziert werden, wenn die Nuten im Wesentlichen lediglich über dem Teilbereich der Länge der Lamellen ausgebildet sind, in dem die Kohlebürste an dem Kommutator anliegt.
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Entweder aus Fertigungsgründen, oder zur möglichst geringen Schwächung des Querschnitts der Lamelle ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn sich der Querschnitt der Nut in Richtung des Nutgrunds der Nut verringert.
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Darüber hinaus wird erwähnt, dass es je nach konkretem Anwendungsfall sowohl möglich als auch vorteilhaft sein kann, die Nuten entweder nach dem Ausbilden der äußeren Umfangsfläche des Kommutators, oder vor dem entsprechenden Ausbilden der Umfangsfläche zu erzeugen.
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Zuletzt umfasst die Erfindung auch einen Elektromotor, insbesondere als Bestandteil eines Komfortantriebs in einem Kraftfahrzeug, mit einem soweit beschriebenen Kommutator.
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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 Anker eines Elektromotors mit Kommutator in einem vereinfachten Längsschnitt,
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2 eine perspektivische Ansicht eines Kommutators, wie er bei dem Anker gemäß der 1 verwendet wird,
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3 einen Querschnitt durch den Kommutator in der Ebene III-III der 1 und
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4 ein Detail der 3 im Bereich einer Lamelle in vergrößerter Darstellung.
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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 Anker 1 mit einem Kommutator 10 als Bestandteil eines Gleichstrom-Elektromotors 100 dargestellt. Bei dem Elektromotor 100 handelt es sich vorzugsweise, jedoch nicht einschränkend um einen Bestandteil eines Komfortantriebs in einem Kraftfahrzeug, wie einem Sitzverstellungsantrieb, einem Schiebedachantrieb, einem Fensterheberantrieb oder Ähnlichem.
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Der Anker 1 weist in an sich bekannter Bauart eine Ankerwelle 2 mit einem darauf drehfest befestigten Ankerblechpaket 3 aus einer Vielzahl von gestanzten Ankerblechen 4 auf. Die Ankerbleche 4 dienen der Anordnung von im Einzelnen nicht näher dargestellten Wicklungsdrähten 5. Axial beabstandet zum Ankerblechpaket 3 ist der Kommutator 10 auf der Ankerwelle 2 drehfest befestigt und mit dem Wicklungsdrähten 5 elektrisch kontaktiert.
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Der Kommutator 10 weist einen aus Kunststoff bestehenden, zylindrischen Grundkörper 11 auf, der eine Längsöffnung 12 in Form einer Durchgangsbohrung für die Ankerwelle 2 hat. Ferner ist der Kommutator 10 um eine Drehachse 13 drehbar, die der Drehachse 13 des Ankers 1 entspricht.
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Am Außenumfang des Grundkörpers 11 sind eine Vielzahl von insbesondere aus Kupfer bestehenden Lamellen 15 angeordnet. Die Lamellen 15 sind insbesondere von dem Material des Grundkörpers 11 zumindest bereichsweise umspritzt und weisen im Bereich der einen Stirnseite 16 des Kommutators 10 radial nach außen ragende Lamellenhaken 17 auf. Die Lamellenhaken 17 dienen in bekannter Art und Weise der Befestigung von Drahtwicklungsenden der Wicklungsdrähte 5.
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Die sich in Längsrichtung der Drehachse 13 erstreckenden Lamellen 15 sind auf einem Teilkreisdurchmesser um die Drehachse 13 des Kommutators 10 angeordnet und weisen eine radial äußere Umfangsfläche 20 auf, die gekrümmt bzw. mit einem Radius r, ausgehend von der Drehachse 13 ausgebildet ist. Zwischen den Lamellen 15 sind Längsspalte 22 ausgebildet, sodass die einzelnen Lamellen 15 elektrisch voneinander isoliert angeordnet sind. Die Lamellen 15 dienen der Anlage von lediglich in der 3 erkennbaren Kohlebürsten 25, die beispielhaft im Bezug zur Drehachse 13 innerhalb des Elektromotors 100 um 180° zueinander versetzt angeordnet sind.
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Wie am besten anhand einer Zusammenschau der 2 und 4 erkennbar ist, weisen die Lamellen 15 jeweils eine Nut 26 auf, die parallel zur Drehachse 13 bzw. in Längsrichtung der Lamelle 15 ausgebildet ist. Die Nut 26 geht von der den Lamellenhaken 17 gegenüberliegenden Stirnseite 27 der Lamellen 15 sowie von der Umfangsfläche 20 aus, und reicht lediglich über einen Teilbereich der Länge der Lamelle 15, insbesondere über den Teilbereich, an dem auch die Kohlebürsten 25 angeordnet sind.
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Entsprechend der 4 weisen die Nuten 26 über deren Länge beispielhaft eine konstante Nuttiefe t auf, die über einen Teilbereich der Dicke der Nut 26 reicht. Der Querschnitt der Nuten 26 ist (herstellungsbedingt) V-förmig ausgebildet. Die Erzeugung der Nuten 26 kann entweder vor oder aber nach einem Überdrehen oder Schälen des Kommutators 10 zur Erzeugung der äußeren Umfangsfläche 20 an den Lamellen 15 erfolgen. Darüber hinaus ist anhand der Darstellung der 4 erkennbar, dass die Nut 26 eine Lamelle 15 in Umfangsrichtung betrachtet an der Umfangsfläche 20 in zwei gleichlange Teilabschnitte 28, 29 unterteilt. Die Breite b der Nut 26 im Bereich der Umfangsfläche 20 ist aus Gründen eines möglichst geringen elektrischen Übergangswiderstands zwischen der Lamelle 15 und der Kohlebürste 25 möglichst gering und beträgt zum Beispiel zwischen 10% und 20% der Umfangslänge der Lamelle 15 im Bereich der Umfangsfläche 20.
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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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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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