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Die Erfindung betrifft einen Kommutatormotor (1) mit einem Gehäuse (2), einem eine Wicklung und einen Kommutator (3) tragenden und um eine Rotorachse (4) drehbar gelagerten Rotor (5), einem Permanentmagnetstator (6), einer im Wesentlichen rechtwinklig zur Rotorachse (4) angeordneten Bürstentragplatte (7) mit Bürsten (8), welche mit dem Kommutator (3) in Kontakt stehen und einer in der Bürstentragplatte (7) aufgenommenen Leiterplatte (9).
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Elektromotoren werden häufig an ihren jeweiligen Einsatzfall angepasst. Zu diesen Anpassungen gehören neben der Wicklungsauslegung unterschiedliche Anschlussleitungen, Leitungslängen, Steckervarianten, sowie schaltungstechnische Anpassungen, wie Entstörgrad, Thermoschalter etc. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es vorteilhaft die unterschiedlichen Varianten auf derselben Fertigungslinie herstellen zu können. Hierbei sind insbesondere die Anschlussleitungen hinderlich, die bereits relativ früh am Montageprozess beteiligt sind. Auf diese Weise sind vor allem Handhabungsschritte kompliziert und fehleranfällig. Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit ist es auch erforderlich möglichst viele standardisierte Gleichteile verwenden zu können.
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Aufgabe der Erfindung ist es bei einem gattungsgemäßen Kommutatormotor für eine einfache und zuverlässige Montage und für eine hohe Variabilität bei geringstmöglichem Änderungsaufwand zu sorgen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Vorrichtungsanspruchs1 und des Verfahrensanspruchs 31 gelöst. Es ist vorgesehen, dass die Leiterplatte (9) durch ein erstes Leitblech (10) mit einer ersten flexiblen Anschlussleitung (17) und durch ein zweites Leitblech (11) mit einer zweiten flexiblen Anschlussleitung (17) elektrisch verbunden ist. Durch diesen Aufbau ist es möglich die flexiblen Anschlussleitungen (17) erst am Ende des Herstellungsprozesses zu montieren. Somit müssen die Anschlussleitungen (17) nicht durch den kompletten Fertigungsprozess durchgeschleust werden, wodurch die Handhabung erschwert wäre.
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Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen näher erläutert. Die elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte (9) und einem Leitblech (10 bzw. 11) ist als Steckverbindung ausgebildet. Auf diese Weise ist die Leiterplatte (9) durch einen einfachen Fügevorgang zu montieren.
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Entsprechend ist vorgesehen, dass die elektrische Verbindung zwischen einem Leitblech (10 bzw. 11) und einer Anschlussleitung (17) als Steckverbindung ausgebildet ist. Diese Art der Verbindung erleichtert die Montage der Anschlussleitung (17).
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Der Steckvorgang wird weiter erleichtert, wenn für die elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte (9) und einem Leitblech (10 bzw. 11) zumindest ein Federkontakt (52) vorgesehen ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Federkontakt (52) Teil der Leiterplatte (9) ist. In diesem Fall ist eine besonders zuverlässige Montage gegeben. Der Federkontakt (52) kann z. B. vorab mit der Leiterplatte (9) verlötet oder in die Leiterplatte eingepresst sein.
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Alternativ kann die elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte (9) und einem Leitblech (10 bzw. 11) durch einen Klemmkontakt (14) hergestellt sein, welcher Teil des oder der Leitbleche (10, 11) ist. Derartige Verbindungen sind zuverlässig und einfach zu realisieren.
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Vorteilhaft ist es, die Anschlussleitungen in einer im Wesentlichen achsparallelen Richtung durch das Gehäuse (2) zu führen und in die oder auf die Leitbleche (10, 11) zu stecken. Hierdurch ergibt sich eine sehr kompakte Bauweise ohne radiale Erweiterungen für einen Anschlussstecker.
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Als Steckkontakt eignet sich ein Anschlusspin besonders gut, welcher mit einem Leitblech (10, 11) einstückig ist. Der Anschlusspin ist dabei so angeordnet, dass er mit einer axialen Gehäusedurchführung (20) im Lagerschild korrespondiert. Dadurch ist eine nachträgliche Montage der Anschlussleitung von außen direkt auf den Anschlusspin möglich.
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Weiter ist vorgesehen, dass die Leitbleche (10, 11) elektrisch mittelbar oder unmittelbar mit jeweils einer Bürste (8) verbunden sind. Auch hierfür eignet sich ein mit dem Leitblech einstückiger Kontaktbereich.
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Um Kurzschlüsse, durch Kohlestaub zu verhindern, sind die Bürsten (8) axial auf einer ersten Seite einer Trennwand (43) der Bürstentragplatte (7) und die Leiterplatte (9) axial auf einer zweiten gegenüberliegenden Seite der Bürstentragplatte angeordnet.
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Damit die Leitbleche (10, 11) mechanisch sicher gehalten sind, ist vorgesehen, dass sie durch Klemmen, mit Hilfe von Rastnasen, durch Warmverpressen, durch Ultraschallschweißen oder durch Umspritzen mit Kunststoff in der Bürstentragplatte (7) fixiert sind.
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Zweckmäßigerweise werden die Entstördrosseln (12) mit den Bürsten (8) auf derselben Seite der Trennwand (43) angeordnet, wobei die Enden jeder Entstördrossel (12) einerseits mit einem Leitblech (10 oder 11) und andererseits mit einer Kohlelitze (13) verbunden, insbesondere verschweißt sind.
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In einigen Anwendungsfällen kann auch auf Entstördrosseln verzichtet werden, dann sind die Kohlelitzen (13) direkt mit dem Leitblech (10, 11) verbunden, insbesondere verschweißt.
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Alternativ zum Schweißprozess kann das Ende einer Entstördrossel (12) auch mit Hilfe eines in ein Leitblech (10) integrierten Schneidklemmkontakts unmittelbar mit dem jeweiligen Leitblech (10 bzw. 11) kontaktiert sein.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Leitblech (10) einen Klemmkontakt (14) zur elektrischen und mechanischen Aufnahme der Leiterplatte (9) aufweist. Die Steifigkeit dieses Klemmkontakts (14) kann durch Längsschlitze (29) beiderseits des Kontaktbereichs herabgesetzt werden.
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Zur einfacheren Kontaktierung der Leitbleche (10, 11) mit den Entstördrosseln (12) sind die Leitbleche mit Schweißbereichen (16) einstückig ausgebildet. Die Schweißbereiche (16) sind in hierfür vorgesehenen Vertiefungen in der Bürstentragplatte (7) fixiert.
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Sinnvollerweise sind bei dem erfindungsgemäßen Kommutatormotor zwei Leitbleche (10, 11) mit der Leiterplatte (9) elektrisch verbunden, wobei jedes Leitblech (10, 11) zusätzlich einen Anschlusspin (15) zur Kontaktierung einer Anschlussleitung (17) und einen Kontakt zur mittelbaren oder unmittelbaren Kontaktierung einer Bürste (8) hat.
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Zur Verbesserung der Entstörwirkung ist die Leiterplatte (9) über einen Massekontakt (18) mit dem Gehäuse (2), insbesondere einem Lagerschild (19) elektrisch verbunden.
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Um einen kompakten Aufbau zu erhalten ist vorgesehen, den Lagerschild (19) mit Gehäusedurchführungen (20) zur Durchführung der Anschlussleitung (17) zu versehen.
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Damit das Gehäuse (2) im Anschlussbereich gut abgedichtet ist, sind um jede Anschlussleitung (17) Gummitüllen (44) montiert, welche die Gehäusedurchführungen (20) feuchtigkeitsdicht verschließen.
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Jede Gummitülle (44) ist mit Hilfe einer Crimpverbindung mit der zugeordneten Anschlussleitung (17) verbunden. Die Crimpverbindung ist mit einem Steckkontakt (47) einstückig.
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Schließlich ist vorgesehen, dass die Leiterplatte (9) in einem Aufnahmeschacht (24) der Bürstentragplatte angeordnet ist. Die Leiterplatte (9) ist eine SMD-Leiterplatte und trägt Entstörbauelemente, vorzugsweise Kondensatoren und evtl. einen PTC-Widerstand.
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In Weiterbildung der Erfindung ist in der Bürstentragplatte (7) ein Zusatzschacht (49) zur Aufnahme eines Thermoschutzelements (48) vorhanden.
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Der Zusatzschacht (49) und der Aufnahmeschacht (24) sind in Bezug auf die Rotorachse auf im Wesentlichen gegenüberliegenden Seiten der Bürstentraglatte (7) angeordnet. Auf diese Weise wird eine optimalere Bauraumausnutzung erreicht.
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Der Zusatzschacht (49) dient zur Aufnahme einer Zusatzleiterplatte (50), welche mit einem Thermoschutzelement (48) bestückt ist
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Alternativ ist der Zusatzschacht (49) auch zur Aufnahme eines bedrahteten Thermoschutzelements geeignet.
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Als Thermoschutzelement kann beispielhaft ein PTC-Bauelement, ein NTC-Bauelement oder ein Thermoschalter vorgesehen sein.
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Im Übrigen ist vorgesehen, dass der Lagerschild (19) eine radial nach außen offene Aussparung (51) aufweist, welche bei einem radialen Kabelabgang zumindest eine Anschlussleitung (17) aufnehmen kann. Diese Geometrie ermöglicht es den Kommutatormotor stirnseitig zu montieren und die Anschlussleitungen radial aus dem Gehäuse herauszuführen, ohne eine alternative Lagerschildversion zu benötigen. Hierdurch wird die Teileanzahl in einem Motorbaukasten verringert.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Motorstrom ausschließlich über die Leitbleche (10, 11) und nicht über die Leiterplatte (9) geführt. Hierdurch wird die Leiterplatte (9) nicht unnötig erwärmt und das EMV-Verhalten wird verbessert.
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Die Erfindung wird auch durch den Verfahrensanspruch 19 gelöst, wobei folgende Verfahrensschritte vorgeschlagen werden: a) Bereitstellen eines vormontierten Permanentmagnetstators, eines vormontierten bewickelten Rotors (5) einer vormontieren Bürstentragplatte (7) mit Leitblechen (10, 11), einem Lagerschild (19) und Anschlussleitungen (17); b) Einlegen des Lagerschilds in eine Montageeinrichtung; c) Montage der Bürstentragplatte auf den Lagerschild (19); d) Fügen des Rotors in den Lagerschild (19); e) Montage des Stators und Verschließen des Gehäuses; f) Montage der Anschlussleitungen (17) auf Anschlusspins (15) der Leitbleche (10, 11) durch die Gehäusedurchführungen (20) des Lagerschilds (19), g) End-of-Line Test. Durch diese Montagereihenfolge ist während des gesamten Montageprozesses auch bei langen Anschlussleitungen eine einfache Handhabung gewährleistet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine erste Ansicht einer Bürstentragplatte,
- 2 ein Leitblech,
- 3 eine zweite Ansicht der Bürstentragplatte,
- 4 eine dritte Ansicht der Bürstentragplatte,
- 5a eine Leiterplatte,
- 5b eine alternative Leiterplatte,
- 6 eine vierte Ansicht der Bürstentragplatte,
- 7 eine erste Anordnung einer Leiterplattenkontaktierung,
- 8 eine zweite Anordnung einer Leiterplattenkontaktierung,
- 9 eine dritte Anordnung einer Leiterplattenkontaktierung,
- 10 eine Ansicht des Kommutatormotors,
- 11 eine Detailansicht von Gehäusedurchführungen,
- 12 Anschlussleitungen,
- 13 Anschlussleitungen mit montiertem Leitblech,
- 14 eine erste EMV-Entstörschaltung,
- 15 eine zweite EMV-Entstörschaltung und
- 16 eine Variante zur zweiten EMV-Entstörschaltung.
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1 zeigt eine erste Ansicht mit einer ersten Montageseite 21 einer Bürstentragplatte 7, mit einem Aufnahmeschacht 24 zur Aufnahme einer Leiterplatte 9, Vertiefungen 23, zur Aufnahme von Schweißbereichen 16, welche einstückiger Bestandteil jeweils eines Leitblechs 10 sind und zur Kontaktierung von Entstördrosseln (hier nicht dargestellt) dienen und einem Massekontakt 18, welcher einen Klemmbereich 25 aufweist, welcher auf die Leiterplatte 9 aufgesteckt ist und damit elektrisch kontaktiert. Der Massekontakt 18 weist einen Kontaktring 26 auf, welcher als Kontaktfläche zur Kontaktierung eines Lagerschilds dient. Der Innenbereich 36 des Kontaktrings 26 dient als Aufnahmebereich für eine Befestigungsschraube. Die Bürstentragplatte 7 weist im Übrigen einen zentralen Durchgang 35 zur Aufnahme einer Rotorwelle, insbesondere eines Kommutators (hier nicht dargestellt) auf. Die Hauptebene der Bürstentragplatte bildet eine Trennwand 43, welche die Leiterplatte 9 von Bürsten trennt.
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2 zeigt ein Leitblech 10, welches einen Klemmkontakt 14, einen Anschlusspin 15 und einen Verbindungsbereich 27 zu einem Schweißbereich (hier nicht dargestellt) aufweist. Der Klemmkontakt 14, der Anschlusspin 15, und der Verbindungsbereich 27 sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Der Klemmkontakt 14 ist mit Widerhaken 28 für die Verklemmung in der Bürstentragplatte versehen. Um die Nachgiebigkeit des Klemmkontakts 14 zu erhöhen sind Längsschlitze 29 im Leitblech 10 vorgesehen. Der Anschlusspin 15 dient zur Kontaktierung mit einem von außen zu montierenden Litzenleiter mit Kontaktelement (siehe 13).
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3 zeigt eine zweite Ansicht mit einer zweiten Montageseite 22 der Bürstentragplatte 7, mit Bürstenschächten 30, in welchen Bürsten 8 beweglich aufgenommen sind und mittels Bürstenfedern 31 gegen einen Kommutator (hier nicht dargestellt) angedrückt werden können. Der Kommutator ist im montierten Zustand im zentralen Durchgang 35 angeordnet. Die Bürstenfedern 31 weisen einen trommelförmigen Bereich 32 auf, welcher auf Aufnahmezapfen 33 aufgenommen ist. Die Aufnahmezapfen 33 weisen Schlitze 34 auf, in welche jeweils ein Endabschnitt der Bürstenfedern 31 eingreift. Jeder Bürste 8 ist ein Bürstenzopf 37 zugeordnet, welcher eine mittelbare elektrische Verbindung zwischen einer Spannungsquelle und der Bürste 8 herstellt. Ein erstes Ende des Bürstenzopfs 37 ist fest mit der Bürste 8 verbunden, das zweite Ende ist mit dem Leitblech 10 verschweißt.
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4 zeigt eine Variante der Bürstentragplatte 7a, mit einem zentralen Durchgang 35b, Bürstenschächten 30a, Bürsten 8a, Bürstenzöpfen 37a, Leitblechen 10a, Bürstenfedern 31a mit einem trommelförmigen Bereich 32a, Aufnahmezapfen 33a für die Bürstenfedern 31a mit Schlitzen 34a zur Aufnahme eines Endabschnitts der Bürstenfedern 31, Entstördrosseln 12a, welche in zylindrischen Drosselaufnahmen 40a aufgenommen sind. Ein erstes Drosselende 38a ist mit dem Leitblech 10a verschweißt, ein zweites Drosselende 39a ist mit dem Bürstenzopf 37a verschweißt. Alternativ ist hier auch eine Crimpverbindung einsetzbar (nicht dargestellt).
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5a zeigt eine Leiterplatte 9, mit SMD-Bauteilen 41. An zwei Eckbereichen sind Ausklinkungen 42 vorhanden, um die Leiterplatte 9 an den Aufnahmeschacht der Bürstentragplatte anzupassen. Die Leiterplatte weist in ihren Randbereichen Kontaktflächen auf (hier nicht dargestellt), an welchen die Leiterplatte 9 mit dem Klemmkontakt 14 zweier Leitbleche 10 (siehe 2, 7, 8 und 9) gefügt ist.
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5b zeigt eine alternative Leiterplatte 9d, mit SMD-Bauteilen 41 d und Federkontakten 52d. Die Federkontakte 52d sind auf der Leiterplatte aufgelötet und dienen als Kontaktstellen für Leitbleche und einen Massekontakt. Eine Ausklinkung 42d dient zur Anpassung an einen Aufnahmeschacht einer Bürstentragplatte. Die Leitbleche weisen als Gegenkontakt ebene Kontaktflächen auf (nicht dargestellt).
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6 zeigt eine vierte Ansicht der Bürstentragplatte 7b, mit einer Variante bezüglich der Kontaktierung der Leiterplatte 9b. Weiter sind eine Bürste 8b, Leitbleche 10b, mit Schweißbereichen 16b, ein Aufnahmeschacht 24b für die Leiterplatte 9b, ein zentraler Durchgang 35b und ein Erdungskontakt 18b erkennbar. Ein Zusatzschacht 49b ist lediglich als gestrichelte Linie angedeutet.
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7 zeigt eine erste Anordnung einer Leiterplattenkontaktierung, mit der mit SMD-Bauteilen 41 bestückten Leiterplatte 9 und den Leitblechen 10, 11. Die Leiterplatte 9 ist in Klemmkontakten 14 der Leitbleche 9 eingepresst. Die Verbindung der Leitbleche 10 und 11 mit der Leiterplatte 9 ist durch Klemmkontakte 14 hergestellt.
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8 zeigt eine zweite Anordnung einer Leiterplattenkontaktierung, mit der mit SMD-Bauteilen 41 bestückten Leiterplatte 9, den Leitblechen 10, 11 und einem zusätzlichen Massekontakt 18, der an der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 9 mit dieser kontaktiert ist. Der Massekontakt 18 hat einen Klemmkontakt und ein rechtwinklig dazu angeordnetes ringsegmentartiges Kontaktring 26. Der Innenbereich 36 des Kontaktrings 26 dient als Schraubendurchführung. Weiter sind Kontaktpins 15 dargestellt, die im Wesentlichen parallel zur Leiterplatte 9 ausgerichtet sind. Die elektrische Verbindung der Leitbleche 10 und 11 mit der Leiterplatte 9 ist auch hier durch Klemmkontakte 14 hergestellt.
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9 zeigt eine dritte Anordnung einer Leiterplattenkontaktierung, wobei ein Leitblech zweiteilig ausgebildet ist und aus einem ersten Teilleitblech 45 und einem zweiten Teilleitblech 46 besteht. Das erste Teilleitblech hat einen Schweißbereich 16c und einen Klemmkontakt 14d. Das zweite Teilleitblech 46 hat einen Anschlusspin 15c und einen Klemmkontakt 14c. Die beiden Teilleitbleche sind auf gegenüberliegenden Rändern der Leiterplatte 9c montiert. Das zweite Leitblech 11 entspricht den Ausführungen aus 7 und 8, ebenso der Erdungskontakt 18. Die Ausführung gemäß 9 ist für eine alternative Leiterplatte mit zusätzlichem PTC-Widerstand vorgesehen (siehe hierzu 15).
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10 zeigt eine Ansicht eines Kommutatormotors 1, mit einem Lagerschild 19, einem Rotor 5, einer Rotorachse 4, den Anschlussleitungen 17, Gehäusedurchführungen 20, Aussparungen 51 und einem zylindrischen Gehäuse 2 als Bestandteil eines Permanentmagnetstators 6. Die Aussparungen 51 erlauben einen radialen Abgang der Anschlussleitungen 17, bei Montage des Elektromotors über seiner Stirnfläche, ohne dass die Anschlussleitungen 17 eingeklemmt werden.
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11 zeigt eine Detailansicht von Gehäusedurchführungen 20 im Lagerschild 19. Innerhalb des Motorgehäuses sind die Leitbleche 10 und 11 mit den Anschlusspins 15 zu erkennen. Die Anschlusspins 15 sind achsparallel ausgerichtet, so dass die Anschlussleitungen entsprechend parallel zur Rotorachse montierbar sind.
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12 und 13 zeigen flexible Anschlussleitungen 17 mit Gummitüllen 44 und Steckkontakten 47. Die Gummitüllen 44 sind durch eine Crimpverbindung mit den Anschlussleitungen 17 und den Steckkontakten 47 verbunden.
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In 13 sind Anschlussleitungen 17 und Leitbleche 10, 11 im montierten Zustand dargestellt.
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14 zeigt eine erste EMV-Entstörschaltung, mit einem Kommutator 3, Bürsten 8, Entstördrosseln 12 und einer Leiterplatte 9. Auf der Leiterplatte 9 befinden sich Kondensatoren als SMD-Bauteile 41.
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15 zeigt eine zweite Entstörschaltung, mit einer alternativen Leiterplatte 9e, bei der zusätzlich ein Thermoschutzelement 48e im Stromkreis integriert ist. Um diese Lösung zu realisieren sind die Leitbleche gemäß 9 vorgesehen. Das Thermoschutzelement 48e befindet sich auf einer Zusatzleiterplatte 50e. Die Verschaltung der beiden Leiterplatten erfolgt innerhalb des Kommutatormotors. Weiter sind SMD-Bauteile 41e, Bürsten 8e, ein Kommutator 3e und Entstördrosseln 12e bezeichnet.
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16 zeigt eine Variante zur zweiten Entstörschaltung, mit einer alternativen Leiterplatte 9f, einer Zusatzleiterplatte 50f, SMD-Bauteilen 41f, einem Thermoschutzelement 48f in Form eines PTC-Widerstands, Bürsten 8f, Entstördrosseln 12f und einem Kommutator 3f. Bei dieser Variante ist die Verschaltung der Beiden Leiterplatte nicht innerhalb des Kommutators vorgenommen, sondern Anschlüsse werden durch das Gehäuse nach Außen geführt. Eine Verschaltung der beiden Leiterplatten 9f, 50f kann hierbei außerhalb des Kommutatormotors z. B. in einer Steuerschaltung realisiert sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kommutatormotor
- 2
- Gehäuse
- 3
- Kommutator
- 4
- Rotorachse
- 5
- Rotor
- 6
- Permanentmagnetstator
- 7
- Bürstentragplatte
- 8
- Bürste
- 9
- Leiterplatte
- 10
- erstes Leitblech
- 11
- zweites Leitblech
- 12
- Entstördrossel
- 13
- Kohlelitze
- 14
- Klemmkontakt
- 15
- Anschlusspin
- 16
- Schweißbereich
- 17
- Anschlussleitung
- 18
- Massekontakt
- 19
- Lagerschild
- 20
- Gehäusedurchführung
- 21
- erste Montageseite
- 22
- zweite Montageseite
- 23
- Vertiefung
- 24
- Aufnahmeschacht
- 25
- Klemmbereich
- 26
- Kontaktring
- 27
- Verbindungsbereich
- 28
- Widerhaken
- 29
- Längsschlitz
- 30
- Bürstenschacht
- 31
- Bürstenfeder
- 32
- trommelförmiger Bereich
- 33
- Aufnahmezapfen
- 34
- Schlitz
- 35
- zentraler Durchgang
- 36
- Innenbereich
- 37
- Bürstenzopf
- 38
- erstes Drosselende
- 39
- zweites Drosselende
- 40
- Drosselaufnahme
- 41
- SMD-Bauteil
- 42
- Ausklinkung
- 43
- Trennwand
- 44
- Gummitülle
- 45
- erstes Teilleitblech
- 46
- zweites Teilleitblech
- 47
- Steckkontakt
- 48
- Thermoschutzelement
- 49
- Zusatzschacht
- 50
- Zusatzleiterplatte
- 51
- Aussparung
- 52
- Federkontakt
