DE19654352A1 - Kollektormaschine mit Gehäusekontaktierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kollektormaschine, insbesondere einen Elektromotor, gemäß der Gattung des Hauptanspruchs.

Durch die GE-PS 11 50 185 ist eine Kollektormaschine bekannt, die ein Magnetgestell mit Magnetpolen, zwei aus Blech tiefgezogene Lagerschilde, die Lager für einen Rotor aufnehmen, einen Kollektor und eine Bürstenträgerplatte aufweist. Das kollektorseitige Tragschild hat zwei Tragstücke, die von einem sich um das Lager herum erstreckenden und im wesentlichen plattenförmigen Teil des Lagerschildes im wesentlichen quer abstehen und mit dem Magnetgestell fest verbunden sind. Nahe des kollektorseitigen Lagers ist zwischen den Tragstücken eine Bürstenträgerplatte befestigt. Die Bürstenträgerplatte trägt elastisch gegen den Kollektor angedrückte Kohlebürsten und Funkentstörmittel. Entsprechend einer in der DE-PS 33 14 412 beschriebenen Weiterbildung sind auf der Bürstenträgerplatte elektrische Anschlußmittel zur elektrischen Verdrahtung der Funkentstörmittel vorgesehen. Um die Schaltungsmasse der Funkentstörmittel mit dem kollektorseitigen Tragschild zu verbinden, ist an einem der elektrischen Anschlußmittel eine mit Krallen versehene Kontaktspange angeformt, die an einem Tragteil des kollektorseitigen Tragschilds seitlich anliegt und somit einen elektrischen Kontakt herstellt.

Die auf diese Weise gebildete Massekontaktierung ist relativ aufwendig, da an der Bürstenträgerplatte spezielle Anschlußmittel vorzusehen sind, die zur Massekontaktierung in relativ aufwendiger Weise zu einer Kontaktspange gebogen sind. Da die Kontaktspange seitlich an dem Tragteil anliegt, ist die Kontaktfläche zudem relativ gering, so daß es infolge von Vibrationen beim Betrieb der Kollektormaschine zu einer ungleichmäßigen Massekontaktierung kommen kann.

Aus der DE-OS 31 40 057 A1 geht ein Elektromotor mit Unterdrückung der hochfrequenten Störstrahlung hervor. An einem ringförmigen Stützteil sind mehrere der Funkentstörung dienende Entstörkondensatoren angeordnet, die über das ringförmige Stützteil an ihrem nicht mit der Bürste verbundenen Anschluß mit der Gehäusemasse verbunden sind. Bei dem in dieser Druckschrift offenbarten Elektromotor ist eine unmittelbare Massekontaktierung der mit dem Massepol der Versorgungsspannung verbundenen Bürste jedoch nicht vorgesehen, so daß nur ein relativ geringer Entstörungsgrad erreicht wird.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemaße Kollektormaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß die mit der Schaltungsmasse der Versorgungsspannung verbundene Bürste unmittelbar mit dem Gehäuse elektrisch verbunden ist. Dadurch wird bereits beim Einschieben der Bürstenträgerplatte in das Gehäuse der Kollektormaschine ein elektrischer Kontakt zwischen dem Massepotential der Versorgungsspannung und dem Gehäuse in besonders einfacher Weise erzielt. Eine externe Massekontaktierung z. B. durch Verbinden mit einem externen Masseband kann entfallen und eine aufwendige Löt-, Schraub- oder Nietverbindung zur Massekontaktierung des Gehäuses ist nicht erforderlich. Dadurch wird die Montage der erfindungsgemäßen Kollektormaschine z. B. an der Karosserie des Kraftfahrzeuges wesentlich vereinfacht, so daß Montagekosten eingespart werden können. Gegenüber einer Kollektormaschine mit nicht massekontaktiertem Gehäuse ergibt sich ein erheblich verbesserter Funkentstörungsgrad. Die erfindungsgemäße Maßnahme bedingt nur geringfügige konstruktive Änderungen an der Kollektormaschine, so daß die Massekontaktierung des Gehäuses in ein bestehendes Fertigungskonzept einbezogen werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Kollektormaschinen möglich.

In besonders vorteilhafter Weise kann das den Kontakt mit dem Gehäuse herstellende Kontaktelement die Stirnplatte des Köchers bilden, wobei eine sichere elektrische Verbindung zwischen der das Massepotential führenden Bürste und dem Kontaktelement durch eine innerhalb des Köchers angeordnete, der Vorspannung der Bürste dienende Feder vermittelt wird. An der Stirnplatte kann vorzugsweise einstückig eine abgewinkelte Kontaktlasche angeformt sein, die beim Einschieben der Bürstenträgerplatte z. B. in den Poltopf des Gehäuses den elektrischen Kontakt mit dem umgebenden Poltopf herstellt. Das Kontaktelement kann dabei in vorteilhafter Weise aus einem Blechstreifen ausgestanzt und in die erfindungsgemäße Form verformt werden, ohne daß dadurch der Fertigungsaufwand wesentlich erhöht wird. Die mit dem Gegenpol der Versorgungsspannung verbundenen Köcher, an welchen kein Kontaktelement vorgesehen ist, weisen vorzugsweise eine aus Kunststoff ausgebildete Stirnplatte auf, die mit der Bürstenträgerplatte einteilig herstellbar ist und mittels eines Folienscharniers gegenüber der Bürstenträgerplatte abwinkelbar ist. Die Köcher sind dabei in besonders vorteilhafter Weise für sämtliche Bürsten in gleicher Weise konzipiert, wobei der der Massekontaktierung des Gehäuses dienende Köcher lediglich in der Weise variiert ist, daß statt der Stirnplatte aus einem Kunststoffmaterial eine metallische Stirnplatte eingesetzt ist, an der vorzugsweise eine Kontaktlasche zur Kontaktierung mit dem Gehäuse angeformt ist. Die Kontaktlasche kann einfach oder mehrfach geschlitzt sein, um sicherzustellen, daß die federnd an dem umgebenden Gehäuseteil anliegende Kontaktlasche an mehreren Anlagepunkten anliegt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kollektormaschine ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und wird in der Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kollektormaschine, Fig. 2 einen Querschnitt im Bereich der Bürstenträgerplatte der in Fig. 1 dargestellten Kollektormaschine, Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Köchers zur Aufnahme einer Bürste und Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Köchers zur Aufnahme einer Bürste, an welchem das erfindungsgemäße Kontaktelement integriert ist.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt einen axialen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer als Elektromotor arbeitenden erfindungsgemäßen Kollektormaschine 1. Die Kollektormaschine 1 kann z. B. als Antriebsorgan zum Antreiben einer Pumpe innerhalb einer Bremsanlage mit Antiblockierschutz (ABS) eingesetzt werden. Die Erfindung bezieht sich jedoch nicht nur auf eine als Elektromotor ausgebildete Kollektormaschine 1, sondern die Kollektormaschine 1 kann in gleicher Weise auch als Generator z. B. zum Aufladen der Fahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden. Insbesondere bei im Kraftfahrzeugbereich eingesetzten Kollektormaschinen ist eine Funkentstörung von besonderer Wichtigkeit, um den störungsfreien Betrieb eines Autoradios, eines Mobiltelefons oder dergleichen sicherzustellen.

Ein Gehäuse 2 der Kollektormaschine 1 besteht aus einem Poltopf 2a und einer in den Poltopf 2a eingesetzten Frontplatte 2b. Zur Befestigung der Kollektormaschine 1 z. B. an der Karosserie eines Kraftfahrzeuges weist das Gehäuse 2 entsprechende Befestigungsbohrungen 3 auf. Bei der im Ausführungsbeispiel als Gleichstrom- Elektromotor arbeitenden Kollektormaschine 1 sind Pole 4, 5 eines Permanentmagneten oder eines Elektromagneten innerhalb des Poltopfes 2a angeordnet, um das Magnetfeld des Stators zu bilden. Innerhalb des Gehäuses 2 ist ein Rotor 6 in Lagern 7 und 8 um eine Längsachse 9 drehbar gelagert. Der Rotor 6 weist eine Ankerwicklung 10 auf, die über einen als Kommutator wirkenden Kollektor 11 und zumindest zwei, im Ausführungsbeispiel vier, besser aus Fig. 2 zu ersehenden Bürsten 12a bis 12d mit Versorgungsleitungen 13a und 13b verbunden ist. Der Rotor 6 der im Ausführungsbeispiel als Elektromotor arbeitenden Kollektormaschine 1 gibt sein Drehmoment über die Abtriebswelle 15 ab.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen, sind im dargestellten Ausführungsbeispiel die Bürsten paarweise mit jeweils einer der Versorgungsleitungen 13a, 13b verbunden. Im Ausführungsbeispiel sind die Bürsten 12a und 12c mit der Versorgungsleitung 13a und die Bürsten 12b und 12d mit der anderen Versorgungsleitung 13b verbunden. Zur Funkentstörung sind mit den Versorgungsleitungen 13a und 13b verbundene Drosselspulen 14a und 14b vorgesehen, die zusammen mit Entstörkondensatoren in an sich bekannter Weise verschaltet sind. Die vorzugsweise als Kohlebürsten ausgebildeten Bürsten 12a bis 12d sind in die Bürsten 12a bis 12d an fünf Seiten umgebenden Köchern 16a bis 16d verschiebbar geführt und sind jeweils mittels einer Feder 17a bis 17d so in Richtung auf den Kollektor 11 vorgespannt, daß sie an dem Kollektor 11 schleifend anliegen.

Die Fig. 3 und 4 zeigen vergrößerte, perspektivische Darstellungen der Köcher 16a und 16b, so daß die Ausbildung der Köcher im Detail besser erkennbar wird.

Der in Fig. 3 dargestellte Köcher 16b dient zur Verbindung der Versorgungsleitung 13b mit dem nicht mit der Schaltungsmasse verbundenen Pol der Versorgungsspannung. Der Köcher 16b ist im wesentlichen als Hohlquader ausgeformt und mit einer Bürstenträgerplatte 18 vorzugsweise einstückig z. B. mittels eines Kunststoff- Spritzgußverfahrens gefertigt. Die besser aus Fig. 2 zu ersehende Bürstenträgerplatte 18 verbindet sämtliche Köcher 16a bis 16d und dient gleichzeitig zur Montage der Drosseln 14a und 14b. Die Bürstenträgerplatte 18 kann ihrerseits an der Frontplatte 2b des Gehäuses 2 montiert sein. Die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Köcher 16b und 16a weisen jeweils an ihrer Oberseite 19 einen Schlitz 20 auf, durch welchen die der Bürste 12b bzw. 12a zugeordnete Versorgungsleitung 13b bzw. 13a durch den Köcher 16b bzw. 16a hindurchführbar ist. Mittels der Feder 17a bzw. 17b wird die Bürste 12a bzw. 12b an dem Kollektor 11 angepreßt, so daß sich ein guter elektrischer Schleifkontakt ergibt. Ferner wird durch die Federn 17a und 17b eine Verkürzung der Kohlebürsten 12a und 12b infolge des Abriebs ausgeglichen. Der Schlitz 20 erstreckt sich in seiner Lange so weit, daß die Zuführung der Versorgungsleitungen 13a und 13b auch nach größerem Abrieb der Bürsten 12a und 12b nicht behindert wird. Die Federn 17a und 17b stützen sich jeweils an einer der Bürste 12a bzw. 12b gegenüberliegenden Stirnplatte 21a bzw. 21b des Köchers 16a bzw. 16b ab.

Die dem Köcher 16b zugeordnete Versorgungsleitung 13b steht nicht mit der Schaltungsmasse der Versorgungsspannung in Verbindung. Folglich ist die Versorgungsleitung 13b auch nicht mit dem Gehäuse 2 zu kontaktieren. Die Stirnplatte 21b besteht daher vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial und kann mit der Bürstenträgerplatte 18 z. B. durch gemeinsame Herstellung mittels eines Kunststoff- Spritzgußverfahrens einteilig ausgebildet sein. Als Kunststoffmaterial zur Ausformung der Bürstenträgerplatte 18, der an die Bürstenträgerplatte 18 angeformten Köcher 16a bis 16d und der Stirnplatten 21b bis 21d eignet sich z. B. Polyamid. Die in Fig. 3 dargestellte Stirnplatte 21b ist über ein Folienscharnier mit der Bürstenträgerplatte 18 verbunden und an diesem Kunststoffscharnier umklappbar. Durch Einrasten in die Rasthaken 22 und 23 ist die Stirnplatte 21b in der in Fig. 3 dargestellten, gegenüber der Bürstenträgerplatte 18 rechtwinklig abgewinkelten Stellung fixierbar. Zur weiteren Fixierung greifen seitliche Haltearme 24 und 25 in seitlich des Köchers 16b in der Bürstenträgerplatte 18 vorgesehene Ausnehmungen 26 rastend ein. Auf diese Weise ist die Bürste 12b durch den Köcher 16b an fünf Seiten schützend umschlossen und die Feder 17b ist innerhalb des Köchers 16b integrierbar.

Wie bereits beschrieben, soll mittels der erfindungsgemäßen Weiterbildung die mit dem Massepol der Versorgungsspannung verbundene Versorgungsleitung, im Ausführungsbeispiel die Versorgungsleitung 13a, mit dem Gehäuse 2 der Kollektormaschine 1, vorzugsweise mit dem Poltopf 2a, elektrisch verbunden werden. Dazu dient der in Fig. 4 dargestellte geringfügig modifizierte Köcher 16a. Der in Fig. 4 dargestellte Köcher 16a unterscheidet sich von dem bereits anhand von Fig. 3 beschriebenen Köcher 16b dadurch, daß in die Rasthaken 22 und 23 nicht die aus einem Kunststoffmaterial bestehende Stirnplatte 21b, sondern ein metallisches Kontaktelement 27 eingesetzt ist. Das Kontaktelement 27 bildet die Stirnplatte 21a des Köchers 16a, an welcher die Feder 17a anliegt und eine elektrische Verbindung zwischen der Bürste 12a und dem Kontaktelement 27 schafft. An der Stirnplatte 21a ist eine Kontaktlasche 28 im Ausführungsbeispiel einstückig angeformt. Die Kontaktlasche 28 weist an ihrem der Stirnplatte 21a abgelegenen Ende 29 einen Schlitz 30 auf, der die Kontaktlasche 28 in zwei Teillaschen 31 und 32 unterteilt, und liegt, wie dies aus Fig. 1 zu ersehen ist, an dem Poltopf 2a des Gehäuses 2 federnd an. Die Unterteilung der Kontaktlasche 28 in die Teillaschen 31 und 32 hat bei einer nicht vollständig parallelen Ausrichtung der Kontaktlasche 28 mit der Wandung des Poltopfes 2a den Vorteil, daß die der Teillaschen 31 und 32 an den Poltopf 2a zumindest mehrfach punktförmig anliegen, so daß der Kontaktwiderstand gegenüber einer Anlage in nur einem Punkt verringert wird. Dies kann weiter dadurch verbessert werden, daß die Kontaktlasche 28 nicht nur einfach, sondern mehrfach geschlitzt ist.

Zu beiden Seiten der Stirnplatte 21a ist jeweils eine Halteklammer angeformt, von welchen in Fig. 4 lediglich die Halteklammer 33 zu sehen ist. Die Halteklammer 33 liegt an einer Seitenwand 34 des Köchers 16a kraftschlüssig an, wie auch die gegenüberliegende Halteklammer an der gegenüberliegenden Seitenwand des Köchers 16a kraftschlüssig anliegt und somit die Fixierung des Kontaktelements 27 an dem Köcher 16a verbessert.

Mit der beschriebenen erfindungsgemaßen Weiterbildung läßt sich daher in einfacher Weise eine elektrische Verbindung zwischen dem Gehäuse 2 und der mit dem Massepol der Versorgungsspannung verbundenen Versorgungsleitung 13a erzielen, ohne daß eine externe Masseverbindung für das Gehäuse 2 notwendig wird. Die Masse- Gehäusekontaktierung kann in das anhand von Fig. 3 beschriebene grundlegende Konstruktionskonzept der Köcher einbezogen werden. Die einzig notwendige Variation besteht darin, die isolierende Stirnplatte 21b gegen ein leitendes, vorzugsweise metallisches Kontaktelement 27 auszutauschen, dessen Kontaktlasche 28 den notwendigen Gehäusekontakt herstellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist, wie aus Fig. 2 zu erkennen, lediglich der Köcher 16a mit dem Kontaktelement 27 ausgerüstet. Zusätzlich ist es jedoch auch möglich, den ebenfalls mit der Massepotential führenden Versorgungsleitung 13a verbundenen Köcher 16c mit einem derartigen Kontaktelement 27 auszustatten, um auf der diametral gegenüberliegenden Seite eine zusätzliche Gehäusekontaktierung vorzusehen. Dadurch kann nötigenfalls der Kontaktwiderstand weiter verringert werden.

Mit der erfindungsgemäßen Massekontaktierung des Poltopfes 2a wird im Zusammenwirken mit zwei Entstördrosseln und einem Entstörkondensator für die beschriebene Kollektormaschine 1 der Entstörgrad UKW = 5 erreicht. Vergleichsweise wird beim Einsatz von zwei Entstördrosseln und einem Entstörkondensator jedoch ohne die erfindungsgemäße Massekontaktierung des Poltopfes 2a lediglich der Entstörgrad UKW = 4 erzielt.

Claims (9)

1. Kollektormaschine (1), insbesondere Elektromotor, mit einem in einem Gehäuse (2) drehbar gelagerten Rotor (6), der eine Ankerwicklung (10) und einen Kollektor (11) aufweist, wobei der Kollektor (11) zur elektrischen Kontaktierung der Ankerwicklung (10) mit zumindest zwei an dem Kollektor (11) schleifend anliegenden Bürsten (12a-12d) zusammenwirkt, die jeweils in einem an einer Bürstenträgerplatte (18) für jede Bürste (12a-12d) vorgesehenen Köcher (16a-16d) gegen eine Vorspannung verschiebbar geführt sind, gekennzeichnet durch zumindest ein Kontaktelement (27), das Teil eines zugeordneten Köchers (16a) ist und für einen Pol der elektrischen Kontaktierung einen elektrisch leitenden Kontakt mit dem Gehäuse (2) herstellt.

2. Kollektormaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem einem Kontaktelement (27) zugeordneten Köcher (16a) eine Feder (17a) angeordnet ist, die die Vorspannung auf die in dem Köcher (16a) verschiebbare Bürste (12a) ausübt und sich gegen eine Stirnplatte (21a) des Köchers (16a) abstützt.

3. Kollektormaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnplatte (21a) jedes einem Kontaktelement (27) zugeordneten Köchers (16a) Teil des Kontaktelements (27) ist und über die Feder (17a) mit der zugeordneten Bürste (12a) elektrisch leitend verbunden ist.

4. Kollektormaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kontaktelement (27) eine gegenüber der Stirnplatte (21a) abgewinkelte Kontaktlasche (28) aufweist, die an einem die Bürstenträgerplatte (18) umgebenden Gehäuseteil, vorzugsweise einem Poltopf (2a), anliegt und mit diesem in elektrischem Kontakt steht.

5. Kollektormaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktlasche (28) in einem an dem Gehäuseteil (2a) anliegenden Endbereich (29) mindestens einfach geschlitzt ist.

6. Kollektormaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stirnplatte (21a) mindestens eine Halteklammer (33), die an einer Seitenfläche (34) des Köchers (16a) anliegt, und/oder mindestens ein Haltearm (24, 25) angeformt ist, der in die Bürstenträgerplatte (18) eingreift.

7. Kollektormaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnplatte (21a) mittels Rasthaken (22, 23) an dem Köcher (16a) fixierbar ist.

8. Kollektormaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Kontaktelement (27) aus einem Metall gefertigt ist.

9. Kollektormaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Köcher (16a-16d) auf der der Bürstenplatte (18) abgewandten Seite einen Schlitz (20) aufweisen, durch welchen eine Versorgungsleitung (13a, 13b) zu der zugeordneten Bürste (12a-12d) geführt ist.