DE19654352A1 - Kollektormaschine mit Gehäusekontaktierung - Google Patents
Kollektormaschine mit GehäusekontaktierungInfo
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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.
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.
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.
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.
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