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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Elektrotechnik und bezieht sich speziell auf Kommutatoren für elektrische Maschinen, beispielsweise Generatoren oder Elektromotoren. Die Erfindung kann auch allgemein bei elektrischen Anordnungen verwirklicht werden.
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Kommutatoren werden allgemein bei rotierenden elektrischen Maschinen eingesetzt, wobei üblicherweise ein Kommutator gemeinsam mit einem Rotor oder in diesem integriert rotiert und Kontaktflächen an einer zylindrischen Umfangsfläche des Kommutators wechselnd mit elektrischen Kontaktbürsten einer stationären Bürsteneinrichtung schleifend kontaktieren.
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Ein Kommutator kann gemeinsam mit einem Anker eines Elektromotors beispielsweise auf derselben Welle rotieren und an seinem Umfang in Umfangsrichtung nebeneinander liegende, gegeneinander isolierte Kommutatorlamellen aufweisen, die jeweils segmentweise Kontaktflächen für eine Bürsteneinrichtung bilden. Dadurch kann mittels des Kommutators die Richtung eines Stromes, der auf den Rotor über die Bürsteneinrichtung übertragen wird, gezielt periodisch umgekehrt werden, um ein Wechselfeld zu erzeugen.
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Derartige Kommutatoren für einen Elektromotor sind beispielsweise aus der
DE 10 2005 007 611 A1 bekannt. Dort ist beschrieben, dass Kommutatorlamellen mit einem Tragring verbunden und mit Entstörkondensatoren versehen sind, welche mit einer Entstörschaltung zusammenwirken.
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Aus der
DE 103 06 516 A1 ist ein Kommutator für eine rotierende elektrische Maschine bekannt mit Kommutatorlamellen, die jeweils paarweise mit einem Kondensator elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Kommutatorlamellen an radial nach innen weisenden Anschlussflächen mittels einer Druckkontaktverbindung federnd kontaktiert sind.
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Aus der
DE 10 2011 106 686 B4 ist ein Elektromotor mit einem Kommutator und einer Entstöreinrichtung mit Kondensatoren bekannt, wobei die Kondensatoren mit den Kommutatorlamellen federnd mittels eines zentralen Spreizelementes kontaktiert sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Kommutator für eine rotierende elektrische Maschine zu schaffen, bei dem eine elektrische Anordnung mit wenigsten einer Kommutatorlamelle elektrisch leitend verbunden ist, wobei die elektrische Anordnung möglichst einfach und Platz sparend aufgebaut sowie leicht zu montieren ist und eine zuverlässige Kontaktierung der Kommutatorlamellen erlaubt. Zudem besteht die Aufgabe, eine elektrische Anordnung zu schaffen, die konstruktiv einfach und kompakt aufgebaut und einfach zu montieren ist.
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Die Aufgabe wird bezüglich eines Kommutators mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst sowie bezüglich einer elektrischen Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf einen Kommutator für eine rotierende elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor mit einer Rotationsachse und mehreren, in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten, gegeneinander elektrisch isolierten Kommutatorlamellen zur Kontaktierung von Bürsten der elektrischen Maschine und mit einer elektrischen Anordnung, die mit wenigstens einer Kommutatorlamelle elektrisch leitend verbunden ist und elektrische Elemente aufweist.
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Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, dass wenigstens eines der elektrischen Elemente wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitenden Kleber besteht.
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Die Verwendung eines elektrisch leitenden Klebers zur Bildung eines elektrischen Elementes erlaubt in einfacher Weise die Ausbildung eines elektrischen Leiters oder eines Verbindungsstücks eines Widerstandes oder eines anderen passiven Bauteils durch einen elektrisch leitenden Klebewerkstoff und gleichzeitig die Fixierung des so gebildeten elektrischen Elementes an einem Träger oder einem anderen Bauteil, wie beispielsweise einem Kommutator. Zudem ist es möglich, an dem aus einem elektrisch leitenden Kleber bestehenden elektrischen Element weitere Teile durch Kleben zu fixieren.
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Zudem ist das elektrische Element, wenn es aus einem leitenden Kleber besteht, je nach Art der Platzierung und Aufbringung des Klebers flexibel formbar. Dadurch kann eine elektrische Anordnung mit derartigen elektrischen Elementen sehr Platz sparend angeordnet und an vorliegende Voraussetzungen angepasst werden.
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Unter einem elektrisch leitenden Kleber wird im Rahmen dieser Anmeldung ein klebender Werkstoff oder ein Werkstoff mit Hafteigenschaften, beispielsweise auch eine Dichtmasse, insbesondere auch ein klebender und abbindender Werkstoff verstanden, dessen Leitfähigkeit zwischen der Leitfähigkeit eines isolierenden Kunststoffs oder einer Keramik und der Leitfähigkeit eines metallischen Leiters, beispielsweise aus Silber oder Kupfer, liegt. Dabei kann ein derartiger leitender Kleber beispielsweise dadurch gebildet sein, dass ein an sich isolierender Kunststoffwerkstoff mit Partikeln eines Leiters, beispielsweise Graphit oder Metallstaub, gefüllt ist. Die Leitfähigkeit des leitenden Klebers hängt dann vom Grad der Füllung ab. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass ein entsprechender Klebstoff an sich schon in gewissem Ausmaß elektrisch leitend ist.
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Ein entsprechender elektrisch leitender Kleber kann in Form einer Flüssigkeit oder einer pastösen Masse verarbeitet und beispielsweise auf einen Träger aufgestrichen werden, so dass sich das durch den elektrischen Kleber gebildete elektrische Element besonders flexibel an gegebene Bedingungen anpassen lässt.
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Der Klebstoff selbst kann dabei durch Trocknen oder Ausdiffundieren eines Lösungsmittels oder auch durch Vernetzen klebend aushärten.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Teil eines Strompfades der elektrischen Anordnung durch ein elektrisches Element in Form eines elektrisch leitenden Klebers gebildet ist.
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Der elektrisch leitende Kleber kann somit ein elektrisches Element in Form eines Leiters oder Leiterstücks bilden, das im Zuge des Betriebs der elektrischen Anordnung von einem Strom durchflossen ist. Solche Leiterstücke können beispielsweise unmittelbar zwischen benachbarten Kommutatorlamellen eingefügt sein und diese miteinander verbinden. Es können zudem andere elektrische Elemente in der elektrischen Anordnung vorgesehen sein, die mit dem aus einem elektrischen Kleber bestehenden elektrischen Element leitend verbunden sind und denen ein Strom über den elektrisch leitenden Kleber zugeführt wird. Dabei kann durch flexible Ausgestaltung des aus einem elektrischen Kleber bestehenden elektrischen Elementes gezielt ein bestimmter Widerstandswert und/oder eine andere elektrische Größe eingestellt werden. Beispielsweise ist es auch denkbar, durch Aufbringen eines Klebstoffes in bestimmten geometrischen Formen beispielsweise in Form einer Spirale eine Induktivität zu gestalten oder durch nebeneinander auf eine Fläche aufgebrachte Kleberstreifen eine Kapazität zu realisieren.
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Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein aus einem elektrisch leitenden Kleber bestehendes elektrisches Element in Form eines Leiterstücks unmittelbar und elektrisch leitend mit einer Kommutatorlamelle verklebt ist.
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In diesem Fall kann der elektrisch leitende Kleber unmittelbar auf eine Kommutatorlamelle aufgebracht und mit dieser elektrisch leitend verklebt sein. Hierfür bietet sich typischerweise eine radial nach innen weisende Kontaktfläche der Kommutatorlamellen an, um die Außenseite der Kommutatorlamellen kleberfrei zu halten.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein elektrisches Element, insbesondere ein Kondensator oder ein Kondensatorring, durch ein wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitenden Kleber bestehendes elektrisches Element mechanisch fixiert und elektrisch kontaktiert ist.
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Durch die erfindungsgemäße Gestaltung kann somit ein Kondensator oder ein Kondensatorring oder ein anderes elektrisches Element in einfacher Weise mittels eines mit einem Kleber gebildeten weiteren elektrischen Elementes gleichzeitig fixiert und kontaktiert werden. Damit ist eine Platz sparende und stabile Anordnung des elektrischen Elementes, beispielsweise des Kondensatorrings, ermöglicht sowie ein einfaches Verfahren zur Fixierung und Kontaktierung. Das aus einem elektrisch leitenden Kleber bestehende elektrische Element kann dabei flexibel an die bestehenden Bedingungen angepasst werden. Es kann auch eine Kontaktierung und Fixierung eines elektrischen Elementes durch mehrere andere elektrische Elemente vorgesehen sein, wobei die anderen elektrischen Elemente jeweils aus einem leitenden Kleber bestehen, so dass eine Mehrpunktbefestigung sowie die Kontaktierung mehrere Anschlüsse mittels entsprechender elektrischer Elemente aus einem elektrisch leitenden Kleber möglich ist.
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Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgestaltet sein, dass die elektrische Anordnung verschiedene elektrische Elemente aufweist, die jeweils wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitenden Kleber bestehen, wobei wenigstens zwei verschiedene elektrische Elemente verschiedene elektrisch leitende Klebermaterialien aufweisen.
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Durch eine derartige unterschiedliche Ausgestaltung verschiedener elektrischer Elemente mit mehreren verschiedenen Kleberwerkstoffen kann beispielsweise ein erstes elektrisches Element aus einem elektrisch leitenden Kleber im Wesentlichen als Zuleitung verwendet werden, während ein zweites elektrisches Element, das aus einem elektrisch leitenden Kleber mit einem hohen Widerstand besteht, im Wesentlichen als elektrischer Widerstand wirkt und verwendet wird. Auf die beschriebene Weise kann ein ganzes Netzwerk von Zuleitungen und Widerständen mittels verschiedener, aus verschiedenen elektrisch leitenden Kleberwerkstoffen bestehender Elemente verwirklicht werden. In diesem Zusammenhang soll unter dem Begriff „verschiedene Kleberwerkstoffe” auch lediglich eine Variation der Leitfähigkeit durch Variation von Art und/oder Menge von Additiven verstanden werden.
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Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, dass elektrische Elemente, die wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitenden Kleber bestehen, wenigstens teilweise in Vertiefungen, insbesondere mulden- oder rinnenartigen Vertiefungen an dem Kommutator angeordnet sind.
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Da die aus einem Kleber bestehenden elektrisch leitenden Elemente durch Eingießen oder Spritzen oder Aufstreichen des Klebermaterials auf einer Oberfläche gebildet werden können, kann das Klebermaterial in sehr flexibler Form beispielsweise in entsprechende Vertiefungen auf der Oberfläche eines Trägers, insbesondere eines Kommutators aufgebracht werden. Damit können die entsprechenden elektrischen Elemente sehr Platz sparend aufgebaut werden, ohne dass sie über die Oberfläche des Trägers hinausstehen. Entsprechende rinnenartige Vertiefungen können als Nuten mit rechteckigem, dreieckigem oder rundem Querschnitt ausgebildet sein. Mulden können als zylindrische Sackbohrungen oder auch als kalottenförmige Vertiefungen gebildet sein. Das Klebermaterial kann derart auf die Oberfläche des Trägers, insbesondere Kommutators aufgebracht sein, dass es in vielen Bereichen mit der Oberfläche des Trägers abschließt und nicht aus der rinnenartigen Vertiefung herausragt und in anderen Bereichen, beispielsweise im Bereich einer muldenartigen Vertiefung, dicker aufgetragen ist, so dass es in diesem Bereich über die Oberfläche des Trägers hinausragt und dort das Aufkleben eines anderen Gegenstandes, beispielsweise eines weiteren elektrischen Elementes unter Aufbau einer entsprechenden Klebeverbindung erlaubt.
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Es kann zudem vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Erfindung derart ausgestaltet wird, dass elektrische Elemente, die wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitenden Kleber bestehen, an der dem Anker des Rotors zugewandten Stirnseite des Kommutators angeordnet sind.
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Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass elektrische Elemente, die wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitenden Kleber bestehen, an der vom Anker abgewandten Stirnseite des Kommutators angeordnet sind.
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Im Bereich der Stirnseite des Kommutators, die dem Anker zugewandt ist, ist die dort aufgebaute elektrische Anordnung besonders geschützt da üblicherweise Kommutator und Ankerpaket mit gleicher Drehzahl rotieren, ohne sich gegeneinander nennenswert zu bewegen.
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Dennoch kann es für viele Fälle auch sinnvoll sein, die elektrische Anordnung auf der dem Anker abgewandten Stirnseite des Kommutators vorzusehen, insbesondere auch deshalb, weil dort der Verbindungsweg zu einer Bürstenanordnung besonders kurz ist, so dass in dem Fall, dass die elektrische Anordnung eine Entstöranordnung darstellt, die Entstörwirkung besonders effizient eintritt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass elektrische Elemente, die wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitenden Kleber bestehen, an einer Stirnseite des Kommutators neben einem oder mehreren Vorsprüngen angeordnet sind, die die elektrischen Elemente in Axialrichtung des Kommutators überragen und bei der Berührung des Kommutators mit anderen Bauteilen als Anschlag dienen.
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Auf die beschriebene Weise kann durch die entsprechenden Vorsprünge die elektrische Anordnung im Wesentlichen mechanisch geschützt werden, so dass sie bei Rotation des Kommutators nicht durch Anstoßen an Teile der elektrischen Maschine beschädigt werden kann. Dadurch wird es möglich, auch auf eine exakte axiale Festlegung und Führung des Kommutators beispielsweise durch entsprechende Axiallager in einem Motor oder Generator zu verzichten.
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Die Erfindung bezieht sich außer auf einen Kommutator mit einer elektrischen Anordnung auch auf eine entsprechende elektrische Anordnung, die mit mindestens zwei elektrischen Anschlüssen elektrisch leitend verbunden ist, und die mindestens zwei elektrische Elemente aufweist sowie einen Träger, der wenigstens ein elektrisches Element der Anordnung trägt, wobei wenigstens ein elektrisches Element der Anordnung aus einem elektrisch leitenden Kleber besteht und wobei durch den elektrisch leitenden Kleber ein weiteres elektrisches Element fixiert ist.
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Die elektrische Anordnung kann beispielsweise eine Entstörschaltung mit elektrischen Widerständen und Kondensatoren sein, wobei beispielsweise die Widerstände durch einen leitfähigen elektrischen Kleber gebildet sein können. Andere elektrische Elemente, wie beispielsweise Kondensatoren oder ein Kondensatorring kann/können dann mittels des Klebermaterials an einem gemeinsamen Träger fixiert sein. Durch die Herstellung der Leiter und/oder von Widerständen mittels eines elektrischen Klebers sind diese bezüglich ihrer Form flexibel herstellbar und anpassbar. Es können beispielsweise auch noch nach Inbetriebnahme der elektrischen Anordnung zusätzliche Leiter durch das Einbringen zusätzlichen Klebstoffs hinzugefügt werden, um beispielsweise zusätzliche Kontakte herzustellen oder elektrische Widerstandswerte flexibel einzustellen. Die erfindungsgemäße Verwendung eines elektrisch leitenden Klebstoffs für die Bildung von elektrischen Elementen ermöglicht somit eine hohe Flexibilität beim Aufbau einer elektrischen Anordnung.
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Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kommutators für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor mit einer Rotationsachse und mehreren in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten, gegeneinander elektrisch isolierten Kommutatorlamellen zur Kontaktierung von Bürsten der elektrischen Maschine und mit einer elektrischen Anordnung, die mit wenigstens einer Kommutatorlamelle elektrisch leitend verbunden ist und elektrische Elemente aufweist, wird ein elektrisch leitender Kleber in flüssiger oder pastöser Form auf einen Teil einer Lamelle und benachbarte Bereiche einer Stirnfläche des Kommutators aufgebracht und insbesondere danach wenigstens ein weiteres elektrisches Element mit dem Kleber verklebt.
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Auf diese Weise lässt sich besonders einfach eine elektrische Anordnung an einer Fläche des Kommutators mit geringen Mitteln herstellen. Die Herstellung der elektrischen Anordnung kann flexibel angepasst werden, beispielsweise auch um Unwuchten des Rotors zu vermeiden oder auszugleichen.
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Der Kleber kann in flüssiger oder pastöser Form in eine oder mehrere Vertiefungen des Kommutators gegossen oder gespritzt werden. Der Kleber kann dabei entweder schon bei einer industriellen Herstellung des Kommutators oder bei der Montage in einer rotierenden elektrischen Maschine eingebracht werden.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen
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1 eine Schnittdarstellung eines Rotors mit einem Kommutator sowie eines Teils des Stators einer rotierenden elektrischen Maschine,
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2 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht der Frontseite eines Kommutators,
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3 eine dreidimensionale Ansicht eines weiteren Kommutators,
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4 eine Draufsicht auf eine Stirnfläche eines Kommutators,
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5 einen Schnitt durch den Kommutator entsprechend 4, dort angedeutet durch die gestrichelte Linie V-V,
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6 einen Schnitt durch den Kommutator, der in 4 dargestellt ist, dort angedeutet durch die gestrichelte Linie VI-VI,
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7 einen Teil einer Platine mit Kondensatoren, wobei die Platine auf der Stirnseite eines Kommutators angeordnet ist,
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8 eine elektrische Anordnung, die aus einer Grundplatte und einer über dieser unverbunden dargestellten Schaltplatine gebildet ist,
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9 eine Anordnung, bei der die Schaltplatine aus der 8 auf die Grundplatte aufgesetzt und mit dieser elektrisch leitend verklebt ist,
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10 eine erste Entstörschaltung mit Kondensatoren in Ringschaltung,
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11 eine zweite Entstörschaltung mit Kondensatoren in Sternschaltung, sowie
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12 eine dritte Entstörschaltung mit Kondensatoren und Widerständen.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil eines Motors, wobei ein Längsschnitt durch einen Kommutator 1 sowie durch die Wicklung 2 eines Rotors sowie einen Schnitt durch eine Wicklung 3 eines Stators des Motors dargestellt ist. Die Wicklungen sind jeweils nur schematisch gezeigt, ebenso wie der zwischen ihnen verlaufende Magnetspalt. Weiter ist eine Motorwelle 4 dargestellt, die den Rotor einschließlich des Kommutators durchsetzt. Die Wicklung 2 des Rotors, auch Ankerwicklung genannt, bezieht ihre Spannungs- und Stromversorgung aus einer Stromquelle 5. Die Wicklung 2 ist zu diesem Zweck an verschiedenen Anschlüssen mit Kommutatorhaken 15 des Kommutators 1 leitend verbunden. Dazu sind einzelne Wicklungsdrähte der Wicklung 2 aus dieser herausgeführt und mit den Kommutatorhaken 15 beispielsweise verlötet oder verschweißt.
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Die Kommutatorhaken 15 sind jeweils einzelnen Kommutatorlamellen 8, 9, 10, 11 zugeordnet und mit diesen einstückig verbunden. Die Kommutatorlamellen 8, 9, 10, 11 sind parallel zueinander am Umfang des Kommutators 1 und parallel zur Längsachse 25 des Rotors verlaufend angeordnet und liegen dabei, jeweils einzeln gegeneinander isoliert, in Umfangsrichtung des Kommutators nebeneinander. Dabei bilden sie insgesamt eine zylindrische Außenkontur, auf der ortsfeste elektrische Bürstenkontakte 7 schleifend wechselweise die einzelnen Kommutatorlamellen kontaktieren und mit der Stromquelle 5 verbinden. Zu diesem Zweck sind die Bürstenkontakte 7 federnd in einem Bürstenhalter 6 gehalten und gegen die zylindrische Oberfläche des Kommutators 1 gedrückt. Auf diese Weise wird die Ankerwicklung 2 mit alternierende Strömen beaufschlagt.
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Die einzelnen Kommutatorlamellen 8, 9, 10, 11 sind mit einem Tragkörper 16 vergossen und in diesem mittels eingegossener Fortsätze 13, 14 verankert. Der Tragkörper 16 besteht aus einem Isoliermaterial, typisch einem Kunststoff, beispielsweise einem Gießharz oder einem anderen gießfähigen Werkstoff. An der Stirnseite 12 des Kommutators 1 überragen die Kommutatorlamellen 8, 9, 10, 11 in axialer Richtung die Stirnfläche des Tragkörpers 16 und stehen über diese hinaus. In dem auf diese Weise entstehenden, von den Kommutatorlamellen umgebenen Raum vor der Stirnfläche des Tragkörpers 16 kann eine elektrische Anordnung wenigstens teilweise Platz finden, die beispielsweise zur Entstörung des Kommutators dient. Zu diesem Zweck werden einzelne Kommutatorlamellen wechselseitig miteinander über ein Netzwerk von Widerständen und Kondensatoren verbunden, um die beim Umschalten der elektrischen Verbindung zwischen den Kommutatorlamellen und den Bürstenkontakten 7 entstehenden Spannungsspitzen zu dämpfen. Hierdurch wird die beim Umschalten abgestrahlte elektromagnetische Strahlung verringert.
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Der Kommutator 1 kann auf der Welle 4 gemeinsam mit den übrigen Teilen des Rotors fest fixiert sein. Der Kommutator kann jedoch auch entweder auf der Welle oder gemeinsam mit der Welle axiales Spiel haben, so dass die an der Stirnseite 12 vorgesehene Anordnung gegen Anstoßen an anderen Bauteilen des Motors, beispielsweise auf der Innenseite eines nicht dargestellten Gehäuses geschützt werden sollten. In jedem Fall ist es vorteilhaft, wenn eine derartige elektrische Anordnung mit einzelnen elektrischen Elementen möglichst Platz sparend untergebracht wird und insbesondere in Axialrichtung 25 geringe Ausmaße aufweist.
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Die 2 zeigt eine dreidimensionale Ansicht der Stirnseite eines Kommutators 1, wobei direkt auf dem Tragkörper 16 elektrische Elemente 20, 21, 22 in Form von Leitern angeordnet sind, die aus einem elektrisch leitfähigen Kleber bestehen, auf der stirnseitigen Oberfläche des Tragkörpers 16 durch die Klebewirkung des Klebstoffs haften und gleichzeitig mit den radial nach innen weisenden Flächen der Kommutatorlamellen, 8, 9, 10, die über den Tragkörper 16 axial hinausragen, elektrisch leitend verklebt sind. Die elektrischen Elemente 20, 21, 22 verlaufen radial von den Kommutatorlamellen ausgehend nach innen auf die Achse des Kommutators zu und enden jeweils an einem Kondensator 17, 18, 19, wobei sie jeweils mit einer Anschlussfläche eines Kondensators durch Verkleben elektrisch leitend und mechanisch verbunden sind. Die drei genannten und dargestellten Kondensatoren 17, 18, 19 sind stellvertretend für eine vollständige und an dem Kommutator umlaufende Reihe von Kondensatoren dargestellt, die jeweils einer Kommutatorlamelle zugeordnet sind. Auf der den elektrischen Elementen 20, 21, 22 abgewandten Seite der Kondensatoren 17, 18, 19, d. h. jeweils an ihrer radial nach innen gewandten Anschlussfläche, sind diese mit Leiterbahnen verbunden, die weiter radial nach innen und zu einer ringförmig umlaufenden zusätzlichen geschlossenen Leiterbahn 23 führen. Die radial innen von den Kondensatoren aus gesehen verlaufenden Leiterbahnen können entweder als metallische Leiterbahnen ausgebildet sein, wie sie von üblichen Leiterplatinen bekannt sind oder ebenfalls als elektrische Elemente, die aus einem leitenden Klebstoff bestehen.
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Durch die dargestellte Anordnung lassen sich einerseits die für die Dämpfung notwendigen Widerstände durch den elektrisch leitenden Klebstoff besonders einfach herstellen und in ihrem Widerstandswert einstellen, andererseits ist auch die Befestigung der elektrischen Anordnung durch die Klebewirkung des Klebstoffs besonders einfach. Die Kondensatoren 17, 18, 19 können entweder ausschließlich durch die Klebewirkung des Klebstoffs der elektrischen Elemente an dem Tragkörper 16 fixiert sein oder eine zusätzliche mechanische Fixierung aufweisen.
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In der 3 ist ein Kommutator in dreidimensionaler Ansicht dargestellt, wobei insbesondere die Stirnseite 12 sichtbar ist. Es sind exemplarisch Kommutatorlamellen 8, 9, 10, 11 bezeichnet und diese sind mittels radial verlaufenden Leiterbahnen, die durch elektrische Elemente, aus einem leitfähigen Kleber gebildet sind, mit einem Kondensatorring 24 verbunden. Die Leiterbahnen sind beispielhaft mit 20, 21, 22 bezeichnet und auf die stirnseitige Oberfläche des Tragkörpers 16 aufgeklebt. Auf die elektrischen Elemente 20, 21, 22, die aus einem leitenden Kleber bestehen, ist der Kondensatorring 24 aufgelegt und mittels der Kleberwirkung des Klebstoffes fixiert. Es sind an der Unterseite des Kondensatorrings Kontaktflächen oder Kontaktstifte oder andere Kontaktelemente angeordnet, von denen jedes einem der elektrischen Elemente 20, 21, 22 zugeordnet und mit diesem kontaktiert ist. Der elektrische Kontakt wird mittels einer Durchkontaktierung durch den Kondensatorring 24 zu dessen Oberseite geführt und dort beispielsweise mittels eines weiteren elektrischen Elementes, beispielsweise einer Leiterbahn, zu jeweils einer ersten Anschlussfläche eines Kondensators geführt. Die jeweils zweiten Anschlussflächen der Kondensatoren sind beispielsweise, wie bei dem Ausführungsbeispiel aus der 2, miteinander mittels einer ringförmigen Leiterbahn verbunden. Der Kondensatorring kann beispielsweise als handelsübliche ringförmige Leiterplatine ausgebildet sein, auf deren Oberfläche die Kondensatoren als SMD (Surface Mounted Devices) montiert sind. Die Durchkontaktierungen können durch Leiterstifte realisiert sein.
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Die einzelnen Kondensatoren können auch ausschließlich durch unterhalb des Kondensators 24 angeordnete Leiterbahnen miteinander und mit den Kommutatorlamellen verbunden sein, wobei die unterhalb des Kondensatorrings liegenden Leiterbahnen teilweise oder vollständig als elektrische Elemente ausgebildet sein können, die aus einem leitenden Klebermaterial bestehen. Beide Anschlüsse der jeweiligen Kondensatoren sind dann durch Durchkontaktierungen zur Unterseite des Kondensatorrings geführt und dort mittels Anschlussflächen mechanisch und elektrisch mit Leiterbahnen klebend verbunden. Die verschiedenen aus einem Kleber bestehenden Leiterbahnen können aus unterschiedlichen Materialien bestehen, die beispielsweise durch verschiedene Füllungsgrade mit elektrisch leitenden Pulvermaterialien unterschiedliche elektrische Leitwerte aufweisen können. Dadurch können einige der Leiterbahnen einen so derartigen Widerstand aufweisen, dass sie mit metallischen Leiterbahnen vergleichbar sind, während andere Abschnitte einen vergleichsweise höheren spezifischen Widerstand aufweisen und damit als Widerstandselemente verwendet werden können.
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Die einzelnen aus einem Klebermaterial bestehenden Leiterbahnen können wenigstens teilweise auch in Vertiefungen an der Oberfläche des Tragkörpers 16, beispielsweise in Rinnen oder Nuten, angeordnet sein. In einigen Bereichen können die Vertiefungen ausreichend tief sein, so dass die elektrischen Elemente bzw. das Klebermaterial nicht über die Oberfläche des Tragkörpers 16 bzw. des Kommutators hinaussteht. In anderen Bereichen kann das Klebermaterial über die Oberfläche hinausstehen, um das Verkleben mit weiteren Elementen der elektrischen Anordnung, beispielsweise einem Kondensatorring oder einzelnen Kondensatoren zu erlauben.
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Die 3 zeigt zudem ein Abdeckelement in Form eines Kommutatordeckels 49, der eben oder kalottenartig gekrümmt ausgebildet sein kann und der eine Stirnseite des Tragkörpers zum Schutz einer elektrischen Anordnung überdeckt. In dem Kommutatordeckel 49 können Belüftungselemente 50 in Form von durchgehenden Öffnungen und insbesondere Förderschaufeln vorgesehen sein.
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In der 4 ist eine direkte Draufsicht auf einen Kommutator mit einem Tragkörper 16 und Kommutatorlamellen 8, 9, 10 gezeigt, wobei elektrische Elemente 20, 21, 22 in Form von aus leitfähigem Kleber bestehenden Leiterbahnen vorgesehen sind, die sich in radialer Richtung, ausgehend von nach innen weisenden Kontaktflächen der Kommutatorlamellen 8, 9, 10 bis zu radial innen liegenden Kontaktkissen 26, 27, 28 erstrecken. Die Kontaktkissen 26, 27, 28 sind nur exemplarisch und stellvertretend für eine umlaufende Reihe solcher Kontaktkissen auf der Oberfläche des Tragkörpers 16 dargestellt. Dies ist durch eine umlaufende gestrichelte kreisförmige Linie 29 in der 4 angedeutet. Die Kontaktkissen bestehen jeweils aus einem leitfähigen Klebstoff und stehen gegenüber der Oberfläche des Tragkörpers 16 ein Stück weit vor, so dass auf sie ein Kondensatorring aufgesetzt und dort durch Kleben befestigt sein kann.
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Weitere Details sind den weiter unten zusätzlich beschriebenen Figuren zu entnehmen.
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Die 5 stellt einen Schnitt entlang der Linie V-V in der 4 in einem Ausschnitt dar. Es ist dargestellt, dass das elektrische Element 20, gebildet durch einen leitenden Klebstoff, in einer Nut 30 des Tragkörpers 16 angeordnet ist. Im Hintergrund ist die Kontur einer Kontaktlamelle 8 mit der radial nach innen gewandten Kontaktfläche sichtbar sowie der Teil 31 der Leiterbahn/des elektrischen Elementes, der rampenartig zur Kommutatorlamelle 8 hingeführt und dort mit der Anschlussfläche verklebt ist.
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In der 6 ist eine teilweise Schnittdarstellung entlang der in der 4 mit VI-VI dargestellten gestrichelte Linie gezeigt. Es ist dabei die in der Nut 30 verschwindende Leiterbahn 20 zu erkennen, die hinter der Oberfläche des Tragkörpers 16 zurückgesetzt ist sowie der rampenartige Anschlussbereich 31 an der Kommutatorlamelle 8. Zudem ist radial innen ein Kontaktkissen 26 dargestellt, das aus dem leitenden Kleber besteht, aus dem auch die Leiterbahn 20 besteht und das über die Stirnseite des Tragkörpers 16 hinausragt. Auf das Kontaktkissen 26 ist eine gestrichelt angedeutete Leiterplatte 32 aufgeklebt. Diese weist einen sie durchsetzenden Kontaktstift 33 auf, der den Kontakt zwischen dem Kontaktkissen 26 und der Oberseite der Leiterplatte 32 herstellt. Die Leiterplatte 32 kann als Kondensatorring ausgebildet sein und auf ihrer Oberseite entsprechende SMD-Kondensatoren tragen. Auf der Oberseite der Leiterplatte 32 können zusätzlich zur Kontaktierung der Kondensatoren übliche Leiterbahnen beispielsweise in Form von Kupferschichten oder versilberten Kupferschichten vorgesehen sein.
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Auf der Oberfläche des Tragkörpers 16 können neben den elektrischen Elementen und der gesamten elektrischen Anordnung Vorsprünge in Form von Anschlagelementen 34, 35 vorgesehen sein, die axial gegenüber der Stirnseite des Tragkörpers 16 weiter vorstehen als die übrigen Elemente und diese damit beim Anschlagen an andere Teile des Motors, beispielsweise des Motorgehäuses schützen.
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Die 4, 5 und 6 zeigen, dass in diesem Ausführungsbeispiel alle direkt auf die Oberfläche des Tragkörpers des Kommutators aufgebrachten Leiterbahnen als elektrische Elemente ausgebildet sind, die aus einem elektrisch leitfähigen Kleber, gegebenenfalls mehreren Varianten eines elektrisch leitenden Klebers bestehen. Eine andere festzustellende Tatsache ist, dass in dem gegebenen Ausführungsbeispiel alle unterhalb des Kondensatorrings, in diesem Fall einer Leiterplatte, liegenden Leiterbahnen aus einem leitenden Klebstoff bestehen. Der Klebstoff dient auch zur Fixierung des Kondensatorrings. Die oberhalb auf der Oberseite des Kondensatorrings liegenden Leiterbahnen können entweder auch teilweise aus einem leitenden Klebstoff bestehen oder auch ausschließlich aus Metallschichten.
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Die 7 zeigt in einer Draufsicht einen Teil eines Kondensatorrings mit Kondensatoren 17, 18, 19, einer den Kondensatoren gemeinsam zugeordneten ringförmigen Leiterbahn 23 oberhalb des Kondensatorrings sowie gestrichelt angedeutet unterhalb des Kondensatorrings liegende Kontaktkissen 26, 27, 28 aus einem leitenden Klebstoff mit diesen zugeordneten Leiterbahnen, die radial nach außen zu den Kommutatorlamellen führen.
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Die 8 zeigt schematisch das Zusammenwirken einer Grundplatte 36 einer elektrischen Anordnung mit einer Leiterplatine 37. Es soll der Aufbau eines RC-Gliedes für eine beliebige elektrische Anordnung, einerseits zur Verwendung bei den oben beschriebenen Kommutatoren oder auch bei anderen Anwendungen, dargestellt werden.
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Auf der Leiterplatine 37 ist mittels üblicher metallischer Leiterbahnen 38 ein SMD-Kondensator 39 kontaktiert, der auf der Leiterplatine 37 beispielsweise durch Kleben befestigt ist. Die Leiterbahnen 38 bilden verlängerte Anschlüsse des Kondensators 39 und sollen zur Bildung eines RC-Gliedes mittels eines Widerstandes miteinander verbunden werden. In der Leiterplatine 37 sind an den Enden 40, 41 der Leiterbahn 38 durchgehende Öffnungen 42, 43 vorgesehen, wobei die Leiterbahn 38 bis an die Öffnungen 42, 43 unmittelbar heranreicht.
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Auf der unten liegenden Grundplatte 36 sind zwei metallische Anschlusspads 44, 45 vorgesehen, die über von diesen auf der Grundplatte wegführende Leiterbahnen 46, 47 mit weiteren, nicht dargestellten Bauteilen oder Anschlüssen verbunden sind. Zur Ausbildung des RC-Gliedes wird auf die Anschlusspads 44, 45 der unten liegenden Grundplatte 36 ein elektrisch leitender Klebstoff in pastöser Form als Kissen aufgebracht und die Leiterplatine 37 wird derart auf die Grundplatte 36 aufgebracht, dass die durchgehenden Öffnungen 42, 43 auf den Anschlusspads 44, 45 liegen. Die Masse des pastösen Klebstoffs verbindet dabei einerseits die Grundplatte 36 mit der Unterseite der Leiterplatte 37 im Bereich der Ränder der Öffnungen 42, 43, gleichzeitig ragt der Klebstoff wenigstens teilweise nach oben zur Oberseite der Leiterplatine 37 heraus. Es kann allerdings auch nur so wenig Kleber aufgebracht werden, dass dieser nur unwesentlich in die Öffnungen 42, 43 hineinreicht.
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Jedenfalls kann danach von der Oberseite der Leiterplatine 37 weiterer elektrisch leitender Klebstoff in oder über die Öffnungen 42, 43 eingebracht und als elektrisches Element in Form einer aus dem Kleber bestehenden, ein elektrisches Widerstandselement bildenden Leiterbahn zwischen den Öffnungen 42, 43 verlegt werden. Damit ist eine Parallelschaltung des Kondensators 39 mit einem Widerstand 48 realisiert, der in der 9 in einem Schnitt gezeigt ist. Dort sind in einer Kreuzschraffur die Teile dargestellt, die aus einem leitenden elektrischen Kleber bestehen und einerseits die Öffnungen 42, 43 anfüllen und zusätzlich das elektrische Element 48 in Form eines Widerstandes bilden.
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Auf diese Weise kann ein elektrisch leitender Klebstoff in einer elektrischen Anordnung gleichzeitig als Fixierungs-/Befestigungsmittel und zur Ausbildung geeigneter Leiterbahnen und Widerstände verwendet werden.
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10 zeigt eine mit der Verwendung eines leitfähigen Klebers realisierbare Entstörschaltung, bei der auf der Stirnseite des Kommutators ein Ring von in Reihe geschalteten Keramik-SMD-Kondensatoren 51 vorgesehen ist, wobei jeweils ein Kondensator zwischen zwei Kommutatorlamellen geschaltet ist. Die Kommutatorlamellen können mittels eines leitfähigen Klebers 52 mit den Kondensatoren leitend verbunden sind.
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11 zeigt eine Entstörschaltung, bei der jede Kommutatorlamelle mit einem Kondensator, insbesondere einem SMD-Keramik-Kondensator 51 verbunden ist und wobei die den Kommutatorlamellen abgewandten Anschlüsse 53 der Kondensatoren sternförmig zur Rotationsachse verlaufen und insbesondere dort elektrisch mit einer Läuferwelle kontaktiert sind. Die Leiterverbindungen 52, 53 zu den Kondensatoren aus der radial innen und/oder außen liegenden Seite können aus einem leitenden Kleber bestehen.
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Die 12 zeigt, wie 10 eine Ringschaltung von Kondensatoren, wobei die Kondensatoren mit den Kommutatorlamellen mittels Widerständen 52 leitend verbunden sind. Zusätzlich ist zu jedem der Kondensatoren ein Widerstand 53 parallelgeschaltet. Die zu den Kondensatoren parallelgeschalteten Widerstände sind radial innerhalb der Kondensatoren angeordnet und können, ebenso wie die Widerstände zwischen den Kommutatorlamellen den Kondensatoren, jeweils aus einem leitenden Kleber bestehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kommutator
- 2
- Wicklung
- 3
- Wicklung
- 4
- Motorwelle
- 5
- Stromquelle
- 6
- Bürstenhalter
- 7
- Bürstenkontakt
- 8, 9
- Kommutatorlamellen
- 10, 11
- Kommutatorlamellen
- 12
- Stirnseite
- 13
- Fortsatz
- 14
- Fortsatz
- 15
- Kommutatorhaken
- 16
- Tragkörper
- 17, 18, 19
- Kondensatoren
- 20, 21, 22
- elektrische Elemente
- 23
- Leiterbahn
- 24
- Kondensatorring
- 25
- Längsachse/Axialrichtung
- 26, 27, 28
- Kontaktkissen
- 29
- Linie
- 30
- Nut
- 31
- Anschlussbereich
- 32
- Leiterplatte
- 33
- Kontaktstift
- 34, 35
- Anschlagelemente, Vorsprünge
- 36
- Grundplatte
- 37
- Leiterplatine
- 38
- Leiterbahn
- 39
- SMD-Kondensator
- 42, 43
- Öffnungen
- 44, 45
- Anschlusspads
- 46, 47
- Leitbahnen
- 48
- elektrisches Element
- 40, 41
- Enden
- 49
- Kommutatordeckel
- 50
- Belüftungselement
- 51
- Kondensator
- 52
- elektrisches Element aus Kleber
- 53
- elektrisches Element aus Kleber
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005007611 A1 [0004]
- DE 10306516 A1 [0005]
- DE 102011106686 B4 [0006]
