-
Die
Erfindung betrifft eine Kommutatoranordnung zur Bestromung eines elektrischen
Motors, umfassend eine Motorwelle und einen damit drehfest verbundenen
Kommutator, der einen die Motorwelle zumindest teilweise umlaufenden
Kunststoffkern aufweist, der eine Anzahl elektrischer Kontakte zur wechselweisen
Bestromung der Wicklungen des Motors umfasst.
-
Ein
derartiger Kommutator dreht sich zwischen feststehenden Bürsten, wobei
die elektrischen Kontakte des Kommutators abwechselnd mit den Bürsten elektrisch
kontaktiert werden. Auf diese Weise werden während einer Umdrehung nacheinander die
verschiedenen, jeweils zwischen die elektrischen Kontakte des Kommutators
geschalteten Wicklungen des Motors bestromt, so dass der die Wicklungen
tragende Läufer
ein beständiges
und gleichgerichtetes Drehmoment erfährt. An den Bürsten liegt
dabei eine Gleichspannung an. Der Kunststoffkern ist in der Regel
der Welle direkt oder indirekt aufgepresst, so dass die gewünschte drehfeste
Verbindung des Kommutators mit der Welle hergestellt ist.
-
Gleichspannungsmotoren
mit einem Kommutator werden insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik
zum Antrieb eines Stellelements eingesetzt. Ein solches Stellelement
kann beispielsweise ein Fenster, ein Fahrzeugsitz oder ein Schiebedach
sein. Dabei ist es notwendig, die Position des Stellelements zu
kennen. Für
eine solche Positionserkennung wird gewöhnlich ein Hall-Sensor eingesetzt,
der mittels eines auf der Motorwelle aufgebrachten Ringmagneten
die Anzahl der getätigten
Umdrehungen erfasst. Dabei weist ein derartiger Ringmagnet (auch Hallmagnet
genannt) in Umfangsrichtung in der Regel eine Anzahl von Permanentmagneten
mit abwechselnder Polung auf, um die Auflösung der Messung zu verbessern.
-
Ein
solcher Ringmagnet kann insbesondere auch aus einem Kunststoff gefertigt
sein, in den ein geeignetes Magnetpulver oder Magnetpartikel eingebracht
ist/sind, und der entsprechend magnetisiert wurde. Der das Magnetpulver
oder die Magnetpartikel umfassende Kunststoff ist gewöhnlich spröde, so dass
er der Welle in aller Regel nicht kraftschlüssig aufgepresst werden kann.
Vielmehr wird der ringförmige
Kunststoff auf eine Hülse
aus einem Sintermetall aufgebracht, insbesondere aus Kupfer, und
mittels dieser Sintermetall-Hülse
auf die Welle gepresst.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, eine zur Umdrehungserfassung geeignete Kommutatoranordnung
anzugeben, die möglichst
einfach und kostengünstig
herstellbar ist.
-
Diese
Aufgabe wird für
eine Kommutatoranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Kunststoffkern, gegebenenfalls mit verringertem Durchmesser,
in axialer Richtung über
die Kontakte hinaus verlängert
ist, und als ein Aufnahmeelement für einen Ringmagneten ausgebildet
ist.
-
Der
ohnehin zur Aufnahme der Kontakte vorgesehene Kunststoffkern des
eigentlichen Kommutators kann fertigungstechnisch problemlos in
axialer Richtung hinaus verlängert
und als ein Aufnahmeelement für
den Ringmagneten ausgebildet werden. Da der Kunststoffkern des Kommutators
bereits drehfest mit der Motorwelle verbunden ist, eröffnet diese
Ausgestaltung einfachere Fertigungs- und Montagemöglichkeiten
für den
Ringmagneten. Denn der verlängerte
Kunststoffkern lässt
sich konstruktiv und fertigungstechnisch leicht zu einer drehfesten
Aufnahme für
den Ringmagneten gestalten. Auf einen separaten Fertigungsschritt,
wobei der Ringmagnet mit einer Hülse
zur Aufpressung auf die Motorwelle versehen wird, kann verzichtet
werden.
-
Bevorzugterweise
ist das Aufnahmeelement zu einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung mit
dem Ringmagneten ausgebildet. Dies kann beispielsweise mit einer
Feder-Nut-Passung bzw. mittels Quetschrippen geschehen. Quetschrippen
sind hierbei im Unterschied zur Aufbringung des Ringmagneten auf
die Welle möglich,
da es sich im Falle eines Kunststoff-Magneten um eine Fügung von
Kunststoff auf Kunststoff handelt. Idealerweise werden sich in axialer
Richtung erstreckende Rippen eingesetzt. Diese ermöglichen
eine axiale Führung
des Ringmagneten bei einer zugleich drehfesten Verbindung.
-
Der
Kunststoffkern des Kommutators kann der Motorwelle direkt aufgepresst
sein. Bevorzugt ist der Kunststoffkern jedoch der Motorwelle über einen Sintermetallring,
insbesondere aus Kupfer, aufgepresst.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1:
eine Kommutatoranordnung gemäß Stand
der Technik,
-
2:
einen Ringmagneten für
die Kommutatoranordnung gem. 1,
-
3:
eine Ausführungsvariante
einer erfindungsgemäßen Kommutatoranordnung,
-
4:
einen Ringmagneten für
die Kommutatoranordnung nach 3,
-
5:
schematisch die Verbindung eines Ringmagneten mit dem Kommutator
nach 3 und
-
6:
schematisch die Verbindung eines Ringmagneten mit einem weitabgewandelten
Kommutator.
-
In 1 wird
eine Ausführung
einer Kommutatoranordnung 1' gemäß Stand
der Technik ersichtlich. Man erkennt die Motorwelle 2,
der drehfest ein Kommutator 3 zur Bestromung der Wicklungen 4 eines
Elektromotors aufgesetzt ist. Der Kommutator 3 umfasst
einen Kunststoffkern 5, auf den in Umfangsrichtung eine
Anzahl von Lamellen 7 bzw. von elektrischen Kontakten aufgebracht
ist. Die Lamellen 7 bzw. elektrischen Kontakte werden mittels
nicht eingezeichneter Bürsten,
an denen eine Gleichspannung anliegt, bestromt. Jeweils an zwei
dieser Lamellen 7 ist eine Wicklung 4 des elektrischen
Motors angeschlossen.
-
Zur
Messung der Umdrehungen der Motorwelle 2 wird ein Ringmagnet 9 entsprechend 2, auch
Hallmagnet genannt, der Motorwelle 2 aufgesetzt. Dieser
Ringmagnet 9 umfasst einen äußeren Ring 10 aus
einem Kunststoff mit eingebrachtem Magnetpulver. Durch entsprechende
Magnetisierung ist entlang des Umfangs eine Abfolge von Magneten
mit abwechselnder Polung erzeugt. Der äußere Kunststoffring 10 des
Ringmagneten 9 sitzt auf einer Sinterhülse 11, die aus einem
Sintermetall gefertigt ist. Mittels der Sinterhülse 11 wird der Ringmagnet 9 kraftschlüssig der
Motorwelle 2 aufgepresst. Auch der Kunststoffkern 5 des
Kommutators 3 kann über eine
Sinterhülse
der Motorwelle 2 kraftschlüssig aufgepresst sein.
-
Auf
jeden Fall ist ein separater Arbeitsschritt notwendig, um die Sinterhülse 11 des
Ringmagneten 9 zu fertigen, der eine kraftschlüssige Verbindung des
Ringmagneten 9 mit der Motorwelle 2 erlaubt. Der
Ringmagnet 9 ist stets als ein Hybridteil herzustellen.
-
In 3 wird
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Man erkennt nun, dass bei Kommutatoranordnung 1 der
Kunststoffkern 5 des Kommutators 3 in axialer
Richtung über
die Lamellen 7 bzw. die Kontakte hinaus verlängert ist.
Dies erfordert lediglich eine geringe und wenig Kosten verursachende
Anpassung im Fertigungsprozess. Das verlängerte Teilstück 12 des
Kunststoffkerns 5 weist gegenüber dem eigentlichen, die elektrischen
Kontakte 7 aufweisenden Kommutator 3 einen verringerten Durchmesser
auf. An dem Montageprozess zur Aufpressung des Kunststoffkerns 5 auf
die Motorwelle 2 ändert
sich nichts. Durch die Verlängerung
des Kunststoffkerns 5 wird sogar die Verbindung des Kunststoffkerns 5 mit
der Motorwelle 2 verbessert.
-
Auf
dem verlängerten
Teilstück 12 des Kunststoffkerns 5 sind
in axialer Richtung verlaufende Verdrehrippen 13 aufgebracht.
Das verlängerte Teilstück 12 ist
als ein Aufnahmeelement für
den Ringmagneten 9' ausgebildet,
wie er in 4 gezeigt ist.
-
Der
in 4 dargestellte Ringmagnet 9 ist nun alleine
aus einem Kunststoff mit eingelagerten Magnetpartikeln bzw. Magnetpulver
gefertigt. Im Inneren weist der Ringmagnet 9' zwei Nasen 15 auf, die
mit den in axialer Richtung verlaufenden Verdrehrippen 13 des
verlängerten
Teilstücks 12 des Kunststoffkerns 5 des
Kommutators 3 korrespondieren. Der Ringmagnet 9' kann somit
in axialer Rich tung auf das Aufnahmeelement des Kunststoffkerns 5 geschoben
werden. Eine Drehung gegenüber
der Motorwelle 2 ist nicht mehr möglich.
-
Eine
separate Sinterhülse
zum Aufpressen des Ringmagneten 9' auf die Motorwelle 2 ist
nicht mehr notwendig. Der Ringmagnet 9' ist kein Hybridbauteil.
-
Um
zu verhindern, dass der aufgebrachte Ringmagnet 9' in axialer
Richtung verrutscht, ist auf das Ende der inneren Bohrung des Ringmagneten 9' eine Fase 16 mit
einer 45°-Neigung
eingebracht. Dies wird aus den 5 und 6 ersichtlich.
Die Fase 16 erlaubt ein einfaches Absichern des Ringmagneten 9' gegenüber einer
axialen Bewegung.
-
In 5 erkennt
man nun in einem Querschnitt den eigentlichen Kommutator 3 sowie
das in axialer Richtung verlängerte
Teilstück 12 des
Kunststoffkerns 5. Man erkennt auch die in axialer Richtung
verlaufende Verdrehrippe 13. Dem verlängerten Teilstück 12 ist
bereits der Ring- bzw. Hallmagnet 9' aufgeschoben, so dass infolge
der die Verdrehrippe 13 aufnehmenden Nase 15 keine
Verdrehung des Ringmagneten 9' auf der Motorwelle 2 möglich ist. Man
erkennt weiter die an einem Ende der zentralen Bohrung des Ringmagneten 9' eingebrachte
umlaufende Fase 16 um den Hülsenrand 17 des verlängerten
Teilstücks 12.
-
Zur
Herstellung einer Verdrehsicherung wird nun eine geeignet geformte
Presse 19 eingesetzt, die einen mit dem Rand 17 des
verlängerten
Teilstücks 12 des
Kunststoffkerns 5 korrespondierenden umlaufenden Ring 20 aufweist.
Die Presse 19 wird der Motorwelle 2 aufgeschoben
und mit ihrem Ring 20 dem Hülsenrand 17 aufgesetzt.
Durch Erhitzen der Presse 19 schmilzt der Hülsenrand 17 auf,
wodurch Kunststoffmaterial in die umlaufende Fase 16 des Ringmagneten 9' eindringt.
Es wird hierdurch eine material- und/oder formschlüssige Verbindung
zwischen dem verlängerten
Teilstück 12 des
Kunststoffkerns 5 und dem aufgesetzten Ringmagneten 9' hergestellt.
Somit ist keine axiale Verschiebung des Ringmagneten 9' mehr möglich. Mit
anderen Worten wird der Ringmagnet 9' mittels Heiß-Verpressen in axialer Richtung gesichert.
-
In 5 ist
ein Ausführungsbeispiel
gezeigt, wobei der Ringmagnet 9' dem eigentlichen Kommutator 3 direkt
aufgesetzt ist.
-
Aus 6 wird
ein Ausführungsbeispiel
ersichtlich, wobei das verlängerte
Teilstück 12 des Kunststoffkerns 5 des
Kommutators 3 eine nochmalige sprunghafte Umfangsverringerung 22 aufweist. Hierdurch
wird ein Anschlag für
den Ringmagneten 9' geschaffen.
Der Ring- oder Hallmagnet 9' liegt
diesem Anschlag auf. Dadurch wird ein definierter Abstand zwischen
dem Ringmagneten 9' und
dem Kommutator 3 geschaffen, was gegebenenfalls aus elektrischen
Gründen
von Vorteil sein kann. Das Montageverfahren ist identisch zu dem
bezüglich 5 genannten.
-
- 1,
1'
- Kommutatoranordnung
- 2
- Motorwelle
- 3
- Kommutator
- 4
- Wicklungen
- 5
- Kunststoffkern
- 7
- Lamellen
- 9,
9'
- Ringmagnet
- 10
- äußerer Ring
- 11
- Sinterhülse
- 12
- Teilstück, verlängert
- 13
- Verdrehrippen
- 15
- Nasen
- 16
- Fase
- 17
- Hülsenrand
- 19
- Presse
- 20
- Ring
- 22
- Umfangsverringerung