DE102016225984A1

DE102016225984A1 - Bürstenhalter für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102016225984A1
Application number: DE102016225984.9A
Authority: DE
Inventors: Lajos Bodo
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2018-06-28
Also published as: CN108233135A; CN108233135B

Abstract

Bürstenhalter (19) zum elektrischen Kontaktieren eines Kommutators (55) einer elektrische Maschine (10), sowie eine elektrische Maschine (10) und ein Verfahren zum Herstellen eines Bürstenhalters (19),mit einem Federarm (50), an dessen ersten Ende (51) eine elektrische Bürste (26) befestigt ist, wobei die Bürste (26) eine Kontaktfläche (66) für den Kontakt mit dem Kommutator (55) aufweist, wobei die Bürste (26) eine zur Anpressrichtung (28) der Bürste (26) gegenüberliegende endseitige Anlagefläche (65) aufweist, und am ersten Ende (51) des Federarms (50) eine Anpressfläche (64) ausgebildet ist, an der die endseitige Anlagefläche (65) entgegen der Anpressrichtung (28) anliegt, damit der Federarm (50) die Bürste (26) radial gegen den Kommutator (55) pressen kann.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bürstenhalter, eine elektrische Maschine aufweisend einen solchen Bürstenhalter und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bürstenhalters.
Aus dem Stand der Technik sind Elektromotor-Antriebe bekannt, die beispielsweise zum Antrieb von Sitzverstellern, Fensterhebern und/oder Scheibenwischern in Kraftfahrzeugen dienen können. Diese Elektromotor-Antriebe haben einen in einem Motorgehäuse angeordneten Elektromotor, der in Wirkverbindung mit einem in einem Getriebegehäuse angeordneten Getriebe steht, wobei das Motorgehäuse und das Getriebegehäuse aneinander befestigt sind, z. B. miteinander verschraubt oder vernietet sind.
Mit der DE102010062727 A1 ist ein Bürstenhalter-Bauteil eines Elektromotor-Antriebs bekannt geworden, das axial zwischen dem Elektromotor und einem Getriebegehäuse angeordnet ist. Am Bürstenhalter-Bauteil ist radial ein Stecker für die Stromversorgung angeordnet. Auf dem ringförmigen Grundkörper des Bürstenhalter-Bauteils sind verschiedene Elektronikkomponenten - wie Sensorbauteile oder Entstörbauteile - befestigt, die die EMV-Abstrahlung verbessern. Im Bürstenhalter-Bauteil sind Köcher ausgebildet, in denen Kohlebürsten mittels Federelementen radial gegen einen auf dem Rotor angeordneten Kommutator gepresst werden. Solche Köcherbürsten haben relativ viel Spiel innerhalb des Köchers, was zur Geräuschanregung und zu einem unregelmäßigen Motorstromsignal führen kann.
Die US2002135261A zeigt eine sogenannte Hammerbürste, bei der die Kohlebürste in einen Durchbruch eines Federhebels eingepresst ist. Dabei liegt die Kohle an einem relativ schmalen Rand des Durchbruchs senkrecht zur Anpressrichtung an, wodurch die Positionsgenauigkeit der Kohle am Federhebel relativ gering ist, beziehungsweise leicht beeinträchtigt werden kann. Außerdem ist durch die geringe Berührungsfläche zwischen Kohle und Federhebel der Stromfluss des Kommutierungsstroms nicht immer zuverlässig gewährleistet.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Bürstenhalter und die elektrische Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass durch die Ausbildung einer Anlagefläche am gegenüberliegenden äußersten Ende zur Kontaktfläche, mit der die Bürste am Kommutator anliegt, die Bürste eine großflächige definierte Anlage zur korrespondierenden Anpressfläche des Federhebels ausbildet. Damit wird ein Verkippen, Wackeln oder Vibrieren der Bürste im Federhebel wirksam unterbunden. Dadurch kann die Kommutierungsgenauigkeit der elektrischen Maschine gesteigert werden, und die Geräuschbildung reduziert werden. Durch diese verbesserte Positionierung der Bürste wird ein reproduzierbares Motorstromsignal erzeugt, das beispielsweise auch für die Auswertung der Drehlage des Rotors der elektrischen Maschine genutzt werden kann. Dadurch kann beispielsweise auf ein zusätzliches Sensorsystem insbesondere auf einen Sensormagnet mit einem entsprechenden Magnetsensor verzichtet werden. Dies spart Bauraum und Herstellungskosten. Außerdem kann durch den großflächigen Kontakt zwischen der endseitigen Anlagefläche der Bürste und der Anpressfläche des Federarms und den großen Anpressdruck eine bessere Wärmeübertragung weg vom Kommutator zum Motorgehäuse hin realisiert werden.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen vorgegebenen Ausführungen möglich. Bevorzugt ist die Anlagefläche über den vollständigen Querschnitt der Bürste ausgebildet, so dass die Anlagefläche maximal groß ausgebildet ist. Dadurch kann die Anlagefläche über dem gesamten Querschnitt der Bürste flächig an der entsprechenden Anpressfläche des Federarms anliegen, wodurch die Berührungsfläche für die Anlage in Anpressrichtung der Bürste maximiert wird. Dadurch kann eine definierte Positionierung der Bürste am Kollektor erzielt werden, auch beim Auftreten von äußeren Vibrationen.
Um die Bürste im Federarm nicht nur durch einen Reibschluss, sondern auch durch einen Formschluss zu halten, sind am ersten Ende des Federarms zwei parallele Führungsschienen angeformt, in die hinein die Bürste seitlich eingeschoben werden kann. Dazu weist die Bürste an der dem Kommuntator abgewandten Seite einen trapezförmigen Endbereich auf, dessen seitlich über die Bürste hinausstehenden Schrägen in die entsprechenden Führungsschienen eingreifen.
Die Führungsschienen können herstellungstechnisch günstig direkt einstückig mit dem Federarm ausgebildet sein, wobei die zuvor mit ausgestanzten Fortsätze am ersten Ende des Federarms zu U- oder V-förmigen Führungsschienen umgeformt werden. In diese Führungsschienen werden die seitlichen Vorsprünge des Endbereichs der Bürste formschlüssig eingeschoben. Beim Umbiegen der Fortsätze bildet der U- oder V-förmig umgebogene Schenkel eine Kante oder Fläche in Längsrichtung der Führungsschiene, die federnd an der eingeschobenen Bürste anliegt. Diese federnd anliegenden freien Schenkel können auch einen guten elektrischen Kontakt zur Kohlebürsten ausbilden, so dass keine zusätzlichen Litzen zur elektrischen Kontaktierung der Kohlebürsten notwendig sind. Vorteilhaft werden die Führungsschienen seitlich an der Anpressfläche derart umgebogen, dass die Einschubrichtung der Bürste in die Führungsschienen im eingebauten Zustand der Federarme der Tangentialrichtung zum Kommutator entspricht. Dadurch kann die Anpressfläche als tangentiale Verlängerung des Federarms ausgebildet werden, wobei vorzugsweise der Federarm gegenüber der Anpressfläche abgewinkelt ausgebildet ist. Dadurch kann einerseits der gesamte Federarm einstückig als Biegestanzteil ausgebildet werden und gleichzeitig die Anpresskraft, mit der der Federarm die Bürste gegen den Kommutator presst, optimiert werden.
Um die Bürste nach dem Einschieben in die Führungsschienen zuverlässig in diesen zu fixieren, sind an den beiden gegenüberliegenden Führungsschienen erste Anschläge zum Federarm hin ausgebildet, an denen die Bürste nach vollständigem Einschieben in die Führungsschienen in Tangentialrichtung anliegt. Diese Anschläge können besonders einfach dadurch gebildet werden, dass die Fortsätze zum Umbiegen der Führungsschienen an der Seite zum Federarm hin etwas länger ausgebildet werden, und damit in Axial- und/oder Radialrichtung über den restlichen Bereich der Führungsschiene hinausragen. Ggf. können diese ersten Anschläge auch gegenüber der U- oder C- oder V-Form der Führungsschiene abgewinkelt werden.
Am gegenüberliegenden Ende der Führungsschienen, vom Federarm abgewandt, werden nach dem vollständigen Einschieben der Bürste in die Führungsschienen zweite Anschläge ausgebildet, um die Bürste in den Führungsschienen zuverlässig zu fixieren. Dazu sind am freien Ende der Führungsschiene freie Blechlaschen ausgeschnitten, die nach dem Einschieben der Bürste derart umgeformt werden, dass diese dem ersten Anschlag gegenüberliegend an der Bürste anliegen und zweite Anschläge bilden. Dadurch ist die Bürste in alle drei Raumrichtungen formschlüssig am ersten Ende des Federarms formschlüssig zuverlässig fixiert, ohne dass zusätzliche separate Fixiermittel benötigt werden.
Der der Kontaktfläche gegenüberliegende Endbereich der Bürste weist Vorsprünge auf, die über den Querschnitt der übrigen Bürste zum Kommutator hin hinausragen. Ist dieser Endbereich trapezförmig ausgebildet, weist dieser zwei gegenüberliegende Schrägen auf, die in die entsprechenden Führungsschienen formschlüssig eingreifen. Dabei erstrecken sich die Vorsprünge bevorzugt in Axialrichtung des Kommutators, wobei dann die Führungsschienen entsprechend tangential zum Kommutator verlaufen. Je nach Ausformung der Führungsschienen liegen die freien Schenkel mit einer Kante entlang der Tangentialrichtung oder flächig mit einem Großteil des freien Schenkels an den Vorsprüngen, insbesondere an den Schrägen der Bürste, an. Durch die formschlüssige Anlage der Bürste in alle drei Raumrichtungen kann die Bürste nicht mehr gegenüber dem Federarm verkippen.
Im Bereich der Einführöffnung in die Führungsschiene weist die Anpressfläche und optional auch die Führungsschienen eine Einführschräge auf, damit die beiden Vorsprünge der Bürsten leichter in die freien Enden der Führungsschienen einführbar sind. Dabei ist die freie Kante der Anpressfläche von der Bürste weggebogen, entgegen der Anpressrichtung der Bürste.
Am gegenüberliegenden zweiten Ende des Federarms ist bevorzugt ein Halteelement angeordnet, mit dem der Federarm im Motorgehäuse befestigt werden kann. Besonders günstig ist es, am Federarm einstückig ein Halteelement umzuformen, das beispielsweise federnd in eine entsprechende Aussparung im Gehäuse eingreift. Bevorzugt wird der Federarm in einem separat hergestellten Bürstenhalter befestigt, der wiederum beispielsweise in das Polgehäuse des Elektromotors eingesetzt wird. Alternativ kann der Bürstenhalter mit dem Federarm auch in einem axialen Bereich zwischen dem Polgehäuse und einem sich an dieses anschließenden Gehäuse, beispielsweise ein Getriebegehäuse oder Elektronikgehäuse angeordnet sein.
Um die Halterung der Bürste im Federarm zu verbessern, kann parallel zur Anpressfläche eine zweite Blechschicht angeordnet sein, die das erste Ende des Federarms stabilisiert. Bevorzugt liegt die zweite Blechschicht unmittelbar an der ersten Blechschicht der Anpressfläche an, so dass sich faktisch die Blechdicke im Bereich der Anpressfläche erhöht, insbesondere verdoppelt. In einer alternativen Ausführung kann jedoch die zweite Blechschicht auch beabstandet zur ersten Blechschicht der Anpressfläche angeordnet werden, indem beim Umbiegen der zweiten Blechschicht ein größerer Radius oder eine Zwischenwand ausgebildet wird. Bei beiden Ausführungen kann die zweite Blechschicht entweder an der Seite der Einführöffnung für die Bürste, oder an den Seiten entlang der Führungsschienen umgebogen werden, um die zweite Blechschicht für die Anpressfläche auszubilden.
In einer weiteren Ausführungsweise sind beispielsweise in den freien Schenkeln der Führungsschienen, die an den Vorsprüngen der Bürste anliegen, Aussparungen ausgestanzt, um die federnde Eigenschaften der Führungsschiene zu verbessern. Der freie Schenkel kann gegenüber der Anpressfläche eng anliegend an die Vorsprünge der Bürsten umgebogen werden. Alternativ kann jedoch auch der Scheitelpunkt zwischen den beiden Schenkeln der Führungsschiene auch mit einem Abstand zu den äußersten Enden der Vorsprünge ausgebildet werden. Dadurch kann sowohl die Stabilität als auch die Anlagefläche des freien Schenkels an den Vorsprüngen der Bürsten optimiert werden.
Derart ausgebildete Hammerbürsten werden bevorzugt in einen Bürstenhalter eingesetzt, der Bestandteil einer elektrischen Maschine ist. Die elektrische Maschine weist einen Rotor auf, an dem ein Kommutator befestigt ist, der mit elektrischen Windungen auf dem Rotorkörper verbunden ist. Durch die federnde Anlage der Bürsten am Kommutator werden die Spulen bestromt und erzeugen in Wechselwirkung mit Magneten des Stators ein Drehmoment zum Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug.
Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Hammerbürste zum Einsetzen in ein Bürstenhalter erfolgt besonders vorteilhaft durch das Ausstanzen eines einzigen Blechteils, dass zum Anformen der Anpressfläche für die Bürsten und dem Ausformen der entsprechenden Führungsschienen entsprechend umgebogen wird. Danach kann die Bürste ohne weitere Verbindungsmittel in die Führungsschienen eingeschoben und mittels Umbiegen von Blechlaschen zuverlässig formschlüssig in den Führungsschienen befestigt werden. Dabei wird die Kontaktfläche der Bürste zum Kollektor entsprechend der gewünschten Anwendung angepasst, beispielsweise mit einem Winkel zur Anlagefläche ausgebildet.
Zur Ausbildung der Führungsschienen werden beim Ausstanzen des Federarms an dessen ersten Ende quer zum Federarm an der Anpressfläche Querfortsätze mit ausgestanzt, die nach dem Ausstanzen V- oder U-förmig aufeinander zu gebogen werden, um eine Führungsschiene in Längsrichtung des Federarms zu bilden. In einer speziellen Ausführung können die Querfortsätze mit solch einer Länge ausgestanzt werden, dass sie beim Umbiegen zum freien Schenkel der Führungsschienen eine doppelte Blechschicht bilden, die sich bis unterhalb der Anpressfläche parallel zu dieser erstreckt. Dadurch ist sowohl die Anpressfläche, als auch die Führungsschiene mit einer doppelten Blechschichtung ausgebildet.
Alternativ kann auch am freien Ende der Anpressfläche als Verlängerung ein Längsfortsatz mit ausgestanzt werden, der dann an der Einführkante für die Bürste als doppelte Blechschicht für die Anpressfläche zum Federarm hin zurückgebogen werden kann. Dabei kann die zweite Blechschicht direkt an der ersten Blechschicht der Anpressfläche anliegen, oder beabstandet zu dieser ausgebildet sein.
In einer weiteren Alternative sind an diesem Längsfortsatz weitere Querfortsätze ausgestanzt, die nach dem Zurückbiegen des Längsfortsatzes zum Federarm hin, zur Bürste hin als Führungsschienen umgebogen werden. Auch bei dieser Ausführung weist die Anpressfläche eine doppelte Blechschicht auf, wobei die freien Schenkel der Führungsschienen ausgehend von der unteren, zur Bürste abgewandten zweiten Blechschicht aus umgebogen werden. Die ersten und zweiten Anschläge zur Fixierung der Bürste in der Führungsschiene werden wieder entsprechend durch Umbiegen von freien Blechlaschen gebildet.
Figurenliste
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Gesamtansicht einer elektrischen Maschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
2 bis 4 verschiedene Ansichten eines Ausführungsbeispiels eines Bürstenhalters wie er beispielsweise in Fig.l verwendbar ist, und
5 bis 9 weitere Varianten von Bürstenhaltern.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine elektrische Maschine 10, wie sie beispielsweise zum Verstellen beweglicher Teile - vorzugsweise Fensterscheiben, Schiebedächer oder Sitzkomponenten - im Kraftfahrzeug eingesetzt wird. Dabei ist in einem Polgehäuse 12 ein Stator 13 angeordnet, innerhalb dem ein Rotor 15 angeordnet ist, dessen Rotorwelle 20 sich in Axialrichtung 24 vom Polgehäuse 12 in ein axial sich anschließendes Getriebegehäuse 14 erstreckt. Dabei wird das Antriebsmoment von der Rotorwelle 20 auf ein im Getriebegehäuse 14 angeordnetes Getriebe übertragen, das ein Abtriebselement 22 aufweist, das mit einer nicht dargestellten Mechanik zusammen wirkt, die beispielsweise Teile eines Fahrzeugsitzes oder eine Fensterscheibe im Kraftfahrzeug bewegt. In Axialrichtung 24 ist zwischen dem Polgehäuse 12 und dem Getriebegehäuse 14 ein Steckermodul 16 angeordnet, das elektrisch mit Bürsten 26 eines Bürstenträger-Bauteils 17 zur elektrischen Kontaktierung eines auf der Rotorwelle 20 angeordneten Kommutators 55 verbunden ist. Dabei sind die Bürsten 26 als Hammerbürsten 27 ausgebildet, deren Kohlebürsten 26 an ersten Enden 51 jeweils eines Federarms 50 angeordnet sind. Gegenüberliegende zweite Enden 52 der Federarme 50 sind am Bürstenhalter-Bauteil 17 befestigt, sodass die Bürsten 26 federnd gegen den Kommutator 55 gepresst werden. Das Steckermodul 16 weist einen Anschluss-Stecker 18 auf, der in Radialrichtung 23 zur Rotorwelle 20, radial außerhalb des Polgehäuses 12 und vorzugsweise auch radial außerhalb des Getriebegehäuses 14 angeordnet ist. Dabei ist der Anschluss-Stecker 18 mittels eines radialen Steges 30 an das Steckermodul 16 angebunden. Das Bürstenträger-Bauteil 17 ist beispielsweise separat vom Steckermodul 16 hergestellt und ist radial innerhalb des Polgehäuses 12 angeordnet. Das Steckermodul 16 weist eine Basisplatte 32 auf, die eine zentrale Aussparung 34 aufweist, durch die hindurch in Axialrichtung 24 sich die Rotorwelle 20 in das Getriebegehäuse 14 hinein erstreckt. Der Anschluss-Stecker 18 weist einen Steckerkragen 40 auf, innerhalb dessen die Anschluss-Pins 42 zur elektrischen Kontaktierung der elektrischen Maschine 10 angeordnet sind. Optional kann auf der Rotorwelle 20 ein Sensormagnet 104 angeordnet sein, der über einen Drehzahlsensor 105 ein Signal für die Rotorlage an einem Sensor-Pin 43 zur Verfügung stellt. Im Ausführungsbeispiel der 1 erstreckt sich der Steckerkragen 40 mit den Anschluss-Pins 42 - und optional Sensor-Pins 43 - in Axialrichtung 24, so dass der korrespondierende Stecker ebenfalls in Axialrichtung 24 in den Steckerkragen 40 einschiebbar ist. Aus 1 ist ersichtlich, dass das Steckermodul 16 zwischen zwei Flanschen 94, 92 des Polgehäuses 12 und des Getriebegehäuses 14 axial eingespannt ist, wobei ein äußerer Umfangsrand 44 des Steckermoduls 16 in diesem Ausführungsbeispiel gleichzeitig einen Teil der Außenwand 45 der elektrischen Maschine 10 bildet. Beispielsweise wird das Getriebe-Gehäuse 14 mit dem Polgehäuse 12 mittels Schrauben oder anderen Verbindungselementen 48 verbunden, wodurch das Steckermodul 16 zwischen dem Polgehäuse 12 und dem Getriebegehäuse 14 fest verspannt und fixiert ist. Dazu greifen die Verbindungselemente 48 durch Anschraubaugen 91 am Flansch 94 des Polgehäuses 12 hindurch in korrespondierende Gegenaufnahmen 90 im Getriebegehäuse 14.
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Bürstenhalters 19 dargestellt, wie er beispielsweise in der elektrischen Maschine 10 gemäß 1 verbaut ist. Der Bürstenhalter 19 ist als Hammerbürste 27 ausgebildet, die beispielsweise im Bürstenhalter-Bauteil 17 oder direkt im Gehäuse der elektrischen Maschine 10 befestigt wird. Zur Bestromung des Kommutators 55 werden beispielsweise zwei oder drei oder mehrere solcher als Hammerbürsten 27 ausgebildete Bürstenhalter 19 in der elektrischen Maschine 10 angeordnet. 2 zeigt den Montagezustand, bevor die Bürste 26 mit dem Federarm 50 verbunden wird. Der Federarm 50 ist als einstückiges Stanz-Biegeteil 54 ausgebildet und weist einen länglichen Federhebel 56 auf, an dessen ersten Ende 51 ein sogenannter Federkopf 58 zur Aufnahme der Bürste 26 ausgebildet ist. Am zweiten gegenüberliegenden Ende 52 des Federarms 50 ist ein Befestigungselement 60 angeformt, mit dem der Bürstenhalter 19 im Motorgehäuse 12 befestigt wird. Das Befestigungselement 60 ist beispielsweise als Rollfeder 62 ausgebildet, das in eine entsprechende Aussparung - beispielsweise im Bürstenträger-Bauteil 17 - federnd eingepresst wird. Zusätzlich ist am zweiten Ende 52 eine Federlasche 63 ausgestanzt, die eine zusätzliche Verspannung des Bürstenhalters 19 in der entsprechenden Aufnahme bewirkt. Der Federhebel 56 ist in diesem Ausführungsbeispiel als näherungsweise ebene Blattfeder ausgebildet, die an ihrem ersten Ende 51 einstückig in den Federkopf 58 übergeht. Der Federkopf 58 weist eine Anpressfläche 64 auf, an der die Bürste 26 mit einer Anlagefläche 65 anliegt. Die Anlagefläche 65 ist als ebene Fläche ausgebildet und liegt einer Kontaktfläche 66 gegenüber, mit der die Bürste 26 radial gegen den Kommutator 55 gepresst wird. Im Ausführungsbeispiel ist die Kontaktfläche 66 um einen Winkel 67 gegenüber der Anlagefläche 65 geneigt, insbesondere zum Federhebel 56 hin. Die Anlagefläche 65 bildet bezüglich der radialen Anpressrichtung 23, 28 der Bürste 26 eine absolute Endfläche, die die Bürste 26 entgegen der Anpressrichtung 28 am äußersten Ende abschließt. Die Anpressfläche 64 weist keine Aussparung auf, in die zumindest ein Teil der Bürste 26 eingreifen könnte. Vielmehr liegt in dieser Ausführung die Anlagefläche 65 vollflächig an der Anpressfläche 64 an, wobei die Anpressfläche 64 die Anlagefläche 65 der Bürste 26 vollständig überdeckt. An der Anpressfläche 64 sind in Richtung zum Federhebel 56 hin gegenüberliegende Führungsschienen 68 angeformt, in die die Bürste 26 einschiebbar ist. Zur Ausbildung der Führungsschienen 68 werden seitliche Fortsätze 70 an der Anpressfläche 64 U-, V-, oder C-förmig zueinander umgebogen, so dass die seitlichen Fortsätze 70 jeweils freie Schenkel 71 der Führungsschienen 68 bilden. Die Führungsschienen 68 erstrecken sich bevorzugt in Richtung des Federhebels 56 tangential zum Kommutator 55. Die Bürste 26 weist im Bereich ihrer Anlagefläche 65 einen Endbereich 72 auf, an dem gegenüberliegende Vorsprünge 74 ausgeformt sind, die in die Führungsschienen 68 einführbar sind. Dadurch bilden die Vorsprünge 74 einen Formschluss mit der Führungsschiene 68, so dass die Bürste 26 sowohl in Anpressrichtung 28, als auch in Axialrichtung 24 des Kommutators 55 formschlüssig am Federarm 50 fixiert ist. Um die Bürste 26 auch in Tangentialrichtung 25 zum Kommutator 55 - die hier der Einschubrichtung 35 in die Führungsschienen 68 entspricht - formschlüssig zu halten, sind am Ende der Führungsschienen 68 zum Federhebel 56 hin erste Anschläge 77 ausgebildet, an denen die Bürste 26 nach vollständigem Einschieben in die Führungsschienen 68 anliegt.
Dieser Montagezustand ist in 3 dargestellt, wobei die ersten Anschläge 77 durch Blechlaschen 78 gebildet sind, die eine Verlängerung der freien Schenkel 71 darstellen. In 3 sind diese Blechlaschen 78 zur Anpressfläche 64 hin umgebogen. Die freien Schenkel 71 liegen im Bereich der Vorsprünge 74 federnd an diesen an, so dass die Bürste 26 über ein relativ großen Bereich der beiden gegenüberliegenden freien Schenkel 71 bevorzugt großflächig gegen die Anpressfläche 64 gedrückt wird. Dadurch wird ein Verkippen oder ein Vibrieren der Bürste 26 im Federkopf 58 wirksam unterbunden. Nachdem die Bürste 26 in Einschubrichtung 35 bis zu den ersten Anschläge 77 in die Führungsschienen 68 federnd vollständig eingeschoben ist, wird die Bürste 26 an freien Enden 80 der Führungsschiene 68 mittels Befestigungslaschen 81 formschlüssig befestigt. Die Befestigungslaschen 81 bilden dadurch zweite Anschläge 82, die den ersten Anschlägen 77 entgegen der Einschubrichtung 28 gegenüberliegen. Die Befestigungslaschen 81 sind beispielsweise als freie Zungen 83 am freien Ende 80 des Federkopfs 58 ausgebildet, und werden nach dem Einfügen der Bürste 26 derart plastisch umgeformt, dass diese an der den ersten Anschlägen 77 gegenüberliegenden Seite der Bürste 26 anliegen. Damit ist auch der Formschluss bezüglich der Einschubrichtung 28 realisiert, wie dies in 4 dargestellt ist. An der Anpressfläche 64 ist an deren freien Ende 80 eine sogenannte Einführphase 84 ausgebildet, die das Einführen der Bürste 26 in Einschubrichtung 28 in die Führungsschiene 68 erleichtert. Zusätzlich können auch die Führungsschienen 68 und/oder die Befestigungslaschen 81 vor deren Umbiegen eine entsprechende Einführphase 84 aufweisen. Im Ausführungsbeispiel der 2 bis 4 sind die Vorsprünge 74 als trapezförmiger Endbereich 72 ausgebildet. Dabei sind an den Vorsprüngen 74 jeweils gegenüberliegende schräge Flächen 75 angeformt, die quer zur Einschubrichtung 28 zur Anlagefläche 65 hin abfallen. Die Führungsschienen 68 weisen als einen ersten Schenkel 69 die Anpressfläche 64 auf, die über einen Scheitelpunkt 73 mit den freien Schenkeln 71 verbunden sind. Somit bilden die ersten Schenkel 69 der Anpressfläche 64 zusammen mit den freien Schenkeln 71 die Führungsschienen 68. Diese sind im Falle des trapezförmigen Endbereichs 72 der Bürste 26 näherungsweise im Querschnitt V-förmig ausgebildet. Dadurch liegen die freien Schenkel 71 bevorzugt vollflächig an den schrägen Flächen 75 der Vorsprünge 74 an. Der Federhebel 56 ist in diesem Ausführungsbeispiel um eine Abwinkelung 37 abgewinkelt zur Anpressfläche 64 ausgebildet, wodurch der gesamte Federarm 50 mechanisch stabilisiert wird. Über die Länge des Hebelarms 56 in Tangentialrichtung 25 und dessen Abmessung in Axialrichtung 24, sowie dessen Blechdicke in Radialrichtung 23 können die Federeigenschaften der Hammerbürste 27 eingestellt werden.
In 5 ist eine alternative Ausführung eines Bürstenhalters 19 dargestellt, bei dem der Endbereich 72 der Bürste 26 nicht trapezförmig ausgebildet ist, sondern die Vorsprünge 74 rechteckförmig ausgebildet sind. Damit liegen die freien Schenkel 71 an Vorsprungsflächen 86 der Vorsprünge 74 an, die parallel zur Anlagefläche 65 ausgebildet sind. Entsprechend ist der Querschnitt der Führungsschienen 68 U- oder C-förmig ausgebildet, wobei die freien Schenkel 71 entweder mit ihren Längskanten in Einschubrichtung 35 oder vollflächig an den Vorsprungsflächen 86 der Bürste 26 anliegen. Auch bei solch einer Ausformung der Führungsschiene 68 sind wieder entsprechend erste Anschläge 77 und zweite Anschläge 82 an der Führungsschiene 68 ausgebildet. Diese werden wieder einstückig mit dem Biegestanzteil 54 als freie Blechzungen 83 ausgebildet, die entsprechend dem vorherigen Ausführungsbeispiel vor und nach dem Einführen der Bürste 26 in die Führungsschiene 68 entsprechend umgebogen werden, um die ersten und zweiten Anschläge 77, 82 bezüglich der Einschubrichtung 35 zu bilden. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Kontaktfläche 66 bevorzugt etwa parallel zur Anlagefläche 65 ausgebildet. Die Bürste 26 weist einen Querschnitt 88 auf, der bevorzugt rechteckig ausgebildet ist. Dabei kann die Bürste 26 in Tangentialrichtung 25 breiter ausgebildet sein, als in Axialrichtung 24 (5) oder in Axialrichtung 24 eine größere Abmessung aufweisen als in Tangentialrichtung 25 (4).
6 zeigt eine weitere Variation des Bürstenhalters 19, bei dem die Bürste 26 wiederum schräge Flächen 75 aufweist, die in die entsprechende Führungsschienen 68 eingreifen. Verglichen mit den vorherigen Ausführungsbeispielen weist der Querschnitt der Führungsschienen 68 hier einen Scheitelpunkt 73 auf, der einen größeren Scheitelabstand 89 zu den Vorsprüngen 74 hin aufweist. Dadurch liegt der Scheitelpunkt 73 nicht unmittelbar an den Vorsprüngen 74 an, sondern bildet beispielsweise eine Schlaufe, die sich in Radialrichtung 23 und Axialrichtung 24 von der Anlagefläche 65 weg erstreckt. In dem freien Schenkel 71 sind in diesem Ausführungsbeispiel Aussparungen 76 ausgestanzt mittels derer die Federeigenschaften der Führungsschienen 68 beeinflussbar sind. Wiederum sind auch in diesen freien Schenkel 71 Einführphasen 84 für die Bürste 26 ausgebildet, die nach dem Einschieben der Bürste 26 zu zweiten Anschlägen 82 umgebogen werden. An den freien Schenkeln 71 ist hier ein Führungselement 85 angeformt, das sich in Radialrichtung 23 entlang der Bürste 26 erstreckt, und an dieser anliegt. Durch die Führungselemente 85 kann die Bürste 26 noch sicherer gegen eine Verkippung geführt werden.
In 7 ist eine ähnliche Ausführung des Bürstenhalters 19 dargestellt wie in 2 bis 4. Die Bürste 26 weist wiederum einen trapezförmigen Endbereich 72 auf, dessen Vorsprünge 74 in einen V-förmigen Querschnitt der Führungsschienen 68 eingreifen. Jedoch werden in der Ausführung gemäß 7 die freien Schenkel 71 durch eine doppelte Blechschicht 95 gebildet. Beim Ausstanzen des Biegestanzteils 54 werden hierbei die seitlichen Querfortsätze 70 länger ausgebildet, so dass diese als zweite Blechschicht 96 entlang des freien Schenkels 71 zurückgebogen und um den Scheitelpunkt 73 entlang dem ersten Blech der Anpressfläche 64 umgeformt werden. Dadurch sind sowohl die freien Schenkel 71 als auch die Anpressfläche 64 als doppelte Blechschicht 95 ausgebildet, die die mechanischen Eigenschaften des Federkopfs 58 erhöhen. Da die verlängerten seitlichen Querfortsätze 70 von beiden Seiten quer zum Federhebel 56 nach unten unter die Anpressfläche 64 umgebogen werden, weist die zweite Blechschicht 96 in Tangentialrichtung 25 einen Spalt 97 auf. Im Bereich von Spitzen 79 der freien Enden 71 liegt die zweite Blechschicht 96 nicht unmittelbar an der ersten Blechschicht des freien Schenkels 71 an, so dass sich an diesen Spitzen 79 eine Kehre 98 bildet, die einen Hohlraum umschließt. Dieser Bereich der Kehre 98 liegt bevorzugt an einer axialen Seitenwand der Bürste 26 an. In 7 ist ebenfalls zu erkennen, dass sich die zweite Blechschicht 96 von der Anpressfläche 64 her zum Federhebel 56 hin erstreckt, und damit die Abwinkelung 37 zwischen dem Federhebel 56 und der Anpressfläche 64 stabilisiert. Bei dieser Ausführung liegt die zweite Blechschicht 96 im Bereich der Anpressfläche 64 unmittelbar an der ersten Blechschicht an.
Gemäß einer weiteren Ausführung der 8 wird der Federkopf 58 aus einem Biegestanzteil 54 gebildet, bei dem an der Anpressfläche 64 gegenüberliegend zum Federhebel 56 ein Längsfortsatz 99 ausgebildet, der zur Versteifung des Federkopfs 58 nach unten unter die erste Schicht der Anpressfläche 64 umgebogen ist. Dabei werden weitere seitliche Querfortsätze 70 dieses Längsfortsatzes 99 danach nach oben umgebogen, um die freien Schenkel 71 zu bilden. Die freien Schenkel 71 liegen wiederum flächig an den schrägen Flächen 75 der gegenüberliegenden Vorsprünge 74 der Bürste 26 an. Wie zuvor werden an beiden Seiten bezüglich der tangentialen Einschubrichtung 35 die ersten und zweiten Anschläge 77, 82 ausgebildet, um die Bürste 26 formschlüssig zu fixieren. Bei dieser Ausführung weist jedoch die zweite Blechschicht 96 einen radialen Abstand 100 bezüglich der Anpressrichtung 28 auf, wobei von der Anpressfläche 64 seitlich noch Abstandsflächen 101 umgebogen sind, die dann den Abstand 100 der zweiten Blechschicht 96 zur ersten Schicht der Anpressfläche 64 vorgeben. Die freien Schenkel 71 sind in diesem Ausführungsbeispiel über die Scheitelpunkte 73 mit der zweiten Blechschicht 96 der Anpressfläche 64 verbunden, wohingegen die erste Blechschicht der Anpressfläche 64 die ersten Schenkel 69 der Führungsschienen 68 bilden.
In 9 ist eine ähnliche Ausführung wie in 8 dargestellt, bei der wiederum ein Längsfortsatz 99 an dem dem Federhebel 56 gegenüberliegenden Ende der Anpressfläche 64 nach unten als zweite Blechschicht 96 umgebogen ist. Bei dieser Ausführung liegt jedoch die zweite Blechschicht 96 unmittelbar an der ersten Blechschicht der Anpressfläche 64 an. Wiederum werden seitliche Querfortsätze 70 des Längsfortsatzes 99 als freie Schenkel 71 der Führungsschienen 68 V- oder U-förmig nach oben umgebogen. Optional sind auch direkt an der ersten Blechschicht der Anpressfläche 64 ebenfalls seitliche Querfortsätze 70 ausgebildet, die zuvor nach oben als freie Schenkel 71 der Führungsschiene 68 umgebogen wurden. Dadurch liegen die seitlichen Querfortsätze 70 des Längsfortsatzes 99 an den seitlichen Querfortsätzen 70 der ersten Blechschicht der Anlagefläche 64 unmittelbar aneinander an und bilden ebenfalls eine doppelte Blechschicht 95 für die freien Schenkel 71. Bei dieser Ausführung sind dann an der Spitze 79 der freien Schenkel 71 zwei aneinander liegende Bleche ausgebildet, ohne eine geschlossene Schlaufe 93 zu bilden. Bei dieser Ausbildung wird die Einführphase 84 an der Anpressfläche 64 durch die geschlossene Kehre 98 zwischen der ersten Blechschicht der Anpressfläche 64 und der zweiten Blechschicht 96 gebildet. Der Radius der geschlossenen Kehre 98 wirkt dabei zusammen mit den freien Befestigungslaschen 81 an dem freien Ende 80 der Befestigungsschienen 68 als Einführkonus 84 für die Vorsprünge 74 der Bürste 26. Nach dem vollständigen Einführen der Bürste 26 werden die Befestigungslaschen 81 wiederum plastisch umgeformt, um die zweiten Anschläge 82 zu bilden. Bei der Ausführung gemäß 9 sind somit - ähnlich wie in 7 - sowohl die Anpressfläche 64, als auch die freien Schenkel 71 als doppelte Blechschicht 95 ausgebildet, bei der die zweite Blechschicht 96 näherungsweise unmittelbar an der ersten Blechschicht anliegt.
Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise der Federarm 50 an einem separat gefertigten Bürstenträger-Bauteil 17 oder unmittelbar im Gehäuse der elektrischen Maschine 10 befestigt werden. Dabei kann das Bürstenträger-Bauteil 17 separat von einem Steckermodul 16 oder einstückig mit diesem gefertigt werden. Die Anzahl, die konkrete Ausformung und Anordnung der Bürstenhalter 19 kann entsprechend der geforderten Federeigenschaften und dem zur Verfügung stehenden Einbauraum variiert werden. Optional können dabei die Führungsschienen 68 und die Anpressfläche 64 mit einer einfachen oder doppelten Blechschicht ausgebildet werden, entsprechend den Festigkeitsanforderungen des Federkopfes 58. Die elektrische Maschine 10 findet vorzugsweise Anwendung in einer Getriebe-Antriebseinheit als Stellantrieb im Kraftfahrzeug, beispielsweise zur Verstellung von beweglichen Teilen, wie Fensterscheiben, Sitzkomponenten, Schiebedach oder einer Antriebskomponenten im Motorraum, ist jedoch nicht auf solche Anwendungen beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010062727 A1 [0003]
US 2002135261 A [0004]

Claims

Bürstenhalter (19) zum elektrischen Kontaktieren eines Kommutators (55) einer elektrische Maschine (10), mit einem Federarm (50), an dessen ersten Ende (51) eine elektrische Bürste (26) befestigt ist, wobei die Bürste (26) eine Kontaktfläche (66) für den Kontakt mit dem Kommutator (55) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürste (26) eine zur Anpressrichtung (28) der Bürste (26) gegenüberliegende endseitige Anlagefläche (65) aufweist, und am ersten Ende (51) des Federarms (50) eine Anpressfläche (64) ausgebildet ist, an der die endseitige Anlagefläche (65) entgegen der Anpressrichtung (28) anliegt, damit der Federarm (50) die Bürste (26) radial gegen den Kommutator (55) pressen kann.
Bürstenhalter (19) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anlagefläche (65) über den gesamten Querschnitt (88) der Bürste (26) erstreckt, und die Anpressfläche (64) die Anlagefläche (65) der Bürste (26) vollständig überdeckt.
Bürstenhalter (19) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Ende (51) des Federarms (50) beidseitig der Anpressfläche (64) zwei gegenüberliegende Führungsschienen (68) ausgeformt sind, in die hinein die Bürste (26) mit zwei gegenüberliegenden Vorsprüngen (74) an ihrem dem Kommutator (55) abgewandten Endbereich (72) einschiebbar ist, um die Bürste (26) formschlüssig mit dem ersten Ende (51) des Federarms (50) zu verbinden.
Bürstenhalter (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschienen (68) im Wesentlichen U-förmig ausgebildet sind, wobei die Anpressfläche (64) den ersten Schenkel (69) für beide Führungsschienen (68) bildet, und jeweils ein zweiter freier Schenkel (71) der Führungsschienen (68) federnd auf die Vorsprünge (74) der Bürste (26) drückt - und insbesondere dabei einen elektrischen Kontakt zur Bürste (26) bildet.
Bürstenhalter (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federarm (50) einen Federhebel (56) aufweist, an dessen einen Seite ein Federkopf (58) mit der Anpressfläche (64) angeordnet ist, wobei die Führungsschienen (68) sich in Richtung des Federhebels (56) erstrecken, sodass die Bürste (26) vom ersten Ende (51) des Federarms (50) in Tangentialrichtung (25) zum Kommutator (55) - insbesondere zum Federhebel (56) hin - in die Führungsschienen (68) einschiebbar ist.
Bürstenhalter (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Federhebel (56) zugewandten Seite der Führungsschienen (68) mindestens ein erster Anschlag für die Bürste angeformt ist, und nach vollständigem Einschieben der Bürste (62) diese am ersten Anschlag (77) anliegt, und danach an einem freien Ende (80) der Führungsscheinen (64) jeweils Befestigungslaschen (81) plastisch umgeformt werden, um einen dem ersten Anschlag (77) gegenüberliegenden zweiten Anschlag (82) zu bilden, der ein weiteres Verschieben der Bürste (26) in den Führungsschienen (68) verhindert.
Bürstenhalter (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Vorsprünge (74) schräge Flächen (75) zur Anlagefläche (65) hin aufweisen, die in die Führungsschienen (68) eingreifen, wobei die zweiten, freien Schenkel (71) der Führungsschienen (68) an den schrägen Flächen (75) anliegen.
Bürstenhalter (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ganze Federarm (50) mit der Anpressfläche (64) einstückig als Biegestanzteil (54) ausgebildet ist, und die Führungsschienen (68) aus der Ebene der Anpressfläche (64) ebenfalls einstückig umgebogen sind.
Bürstenhalter (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federhebel (56) zu der Anpressfläche (64) eine Abwinkelung (37) bildet, und auf einem der Anpressfläche (64) gegenüberliegende zweiten Ende (52) des Federarms (50) ein Befestigungselement (60) angeformt ist, mit dem der Bürstenhalter (19) in einem Motorgehäuse befestigbar ist, und vorzugsweise dem Ferderhebel (56) gegenüberliegend am freien Ende (80) der Anpressfläche (64) - und insbesondere an den Führungsschienen (68) - eine Einführfase (84) für die Bürste (26) angeformt ist.
Bürstenhalter (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Anpressfläche (64) eine doppelte Blechschichtung (95) angeordnet ist, wobei ein zweites Blech (96) der doppelten Blechschichtung (95), das der Bürste (26) abgewandt ist, entweder unmittelbar am ersten Blech der Anpressfläche (64) anliegt, oder mit einem Abstand (100) zu diesem angeordnet ist.
Bürstenhalter (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den zweiten, freien Schenkel (71) der Führungsschienen (68) - insbesondere geschlossene - Aussparungen (76) ausgestanzt sind - und vorzugsweise ein Scheitelpunkt (73) zwischen den beiden Schenkeln (69, 71) mit einem Scheitelabstand (89) zur Bürste (26) angeordnet ist.
Bürstenhalter (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschlag (77) und die Befestigungslasche (81) als freie Blechzungen (83) am Stanzbiegeteil (54) ausgestanzt sind - wobei insbesondere der erste Anschlag (77) als Verlängerung des zweiten, freien Schenkels (71) ausgebildet ist, der vorzugsweise vor der Montage der Bürste (26) umgebogen wird.
Elektrische Maschine (10), insbesondere zum Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, mit einem auf einer Rotorwelle (20) angeordneten Kommutator (55), der mittels elektrischer Bürsten (26) mit einer Stromquelle elektrisch leitend verbindbar ist, wobei die Bürsten (26) Teile von Bürstenhaltern (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sind, die in einem Motorgehäuse (12) der elektrischen Maschine (10) befestigt sind.
Verfahren zum Herstellen eines Bürstenhalters (19) nach einem der Ansprüche 1-12, wobei als Stanzbiegeteil (54) ein Federarm (50) mit einer sich an dessen ersten Ende (51) anschließenden Anpressfläche (64) für die Bürsten (26) ausgestanzt wird, und danach Führungsschienen (68) an der Anpressfläche (64) umgebogen werden, und anschließend die Bürste (26) bis zu einem ersten Anschlag (77) in die Führungsschienen (68) - insbesondere in Tangentialrichtung (25) - eingeschoben wird, und danach Befestigungslaschen (81) plastisch deformiert werden, um die Bürsten (26) formschlüssig in den Führungsschienen (68) zu fixieren.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausformen der Führungsschienen (68) am ersten Ende (51) des Federarms (50) an der Anpressfläche (64) seitliche Querfortsätze (70) ausgestanzt werden, die zuvor quer zum Federhebel (56) über die Anpressfläche (64) hinaus ragen, und anschließend quer zum Federhebel (56) umgebogen werden, um die Führungsschienen (68) zu bilden, wobei insbesondere die zweiten, freien Schenkel (71) zu einer doppelten Blechschicht (95) umgebogen werden.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Querfortsätze (70) - insbesondere nicht unmittelbar an der Anpressfläche (64) ausgestanzt werden - jedoch an einem Längsfortsatz (99) ausgestanzt werden, der sich längs gegenüber vom Federhebel (56) über die Anpressfläche (64) hinaus erstreckt, und anschließend der Längsfortsatz (99) zurück zum Ferderhebel (56) umgebogen wird, um die doppelte Blechschicht (95) der Anpressfläche (64) zu bilden, und danach die Querfortsätze (70) quer zum Federhebel (56) umgebogen werden um die Führungsschienen (68) zu bilden.