DE4446607A1 - Kommutatormotor - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Kommutatormotor, insbesondere zum Antrieb von Kraftstofförderpumpen in Kraftstoffeinspritzanlagen für Brennkraftmaschinen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Solche Stromwender- oder Kommutatormotoren werden beispielsweise zum Antrieb von Kraftstofförderpumpen in Kraftstoffeinspritzanlagen für Brennkraftmaschinen verwendet, die Kraftstoff (Benzin oder Diesel) aus dem Kraftstofftank zur Brennkraftmaschine fördern.

Der Kommutatormotor wird dabei mit der von ihm angetriebenen Förderpumpe als Baueinheit ausgeführt und in den Kraftstofftank eingebaut (DE 41 25 282 A1).

Bei Kommutatormotoren kommt es grundsätzlich zu Verschleiß an Kohlebürsten und Kommutator, der die Lebensdauer des Motors herabsetzt. Ursache für diesen Verschleiß ist die Bildung von starken Oxydschichten auf der Oberfläche des Kommutators, welche den Stromübergang von Bürste auf den Kommutator verschlechtern. Die Oxydbildung wird wesentlich verstärkt in aggressiver Luft oder durch die Kraftstoffumgebung des Kommutatormotors.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Kommutatormotor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Putzeinrichtung für eine ständige Reinigung der Kommutatoroberfläche sorgt und damit einen guten Stromübergang zwischen Kohlebürsten und dem Kommutator sicherstellt. Die Putzwirkung ist dabei so eingestellt, daß die Oxydschicht nicht gänzlich beseitigt wird, sondern in einer minimalen Ausbildung erhalten bleibt. Lediglich ein Anwachsen der Oxydschicht über ein vorgegebenes Dickenmaß hinaus wird verhindert. Die erfindungsgemäße Putzeinrichtung sorgt dafür, daß sich nicht unterschiedliche Kontaktspannungen und unterschiedliche Verschleißraten an den Kohlebürsten ergeben, was insgesamt zu einer längeren Lebensdauer der Stromübertragungseinheit "Kommutator und Kohlebürsten" führt. Darüber hinaus werden Leistungsverluste des Motors reduziert und der Wirkungsgrad insgesamt verbessert.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Kommutatormotors möglich. Bei den vorgestellten verschiedenen Ausführungsformen der Putzeinrichtung wird deren putzende Wirkung der Polarität der Kohlebürsten angepaßt und somit eine optimale Lebensdauer von Kohlebürsten und Kommutator erzielt.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf Kommutator- und Bürstenhalter eines Kommutatormotors, teilweise geschnitten,

Fig. 2 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 1 eines Kommutatormotors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der in Fig. 1 zu sehende Kollektor oder Kommutator 10 eines Stromwender- oder Kommutatormotors sitzt in bekannter Weise drehfest auf der Rotorwelle 11 eines in einem Stator umlaufenden Rotors mit Rotorwicklung. Der Kommutator 10 ist in bekannter Weise in eine Vielzahl von Kommutatorlamellen unterteilt, die gegeneinander isoliert sind, wobei jeweils zwei Kollektorlamellen an einem Wicklungsstrang der Rotorwicklung angeschlossen sind. Am hier nicht dargestellten, den Stator aufnehmenden Gehäuse des Motors ist ein Bürstenhalter 12 befestigt, der beispielsweise als eine das Gehäuse stirnseitig abdeckende Kunststoffplatte ausgeführt sein kann, durch die die Rotorwelle 11 hindurchtritt. Auf dem Bürstenhalter 12 sind zwei schachtartige Bürstenführungen 13, 14 diametral zum Kommutator 10 befestigt, wobei die Längsachsen der Bürstenführungen 13, 14 radial zum Kommutator 10 ausgerichtet sind. In jeder Bürstenführung 13, 14 liegt eine Kohlebürste 15 bzw. 16 axial verschieblich ein. Die Kohlebürste 15 bzw. 16 wird durch eine Bürstenfeder 17 bzw. 18 mit ihrer aus der Bürstenführung 13 bzw. 14 herausragenden bogenförmigen Stirnseite 151 bzw. 161 auf den Außenmantel des Kommutators 10 und dort auf die Kommutatorlamellen aufgedrückt. Jede Bürstenfeder 17 bzw. 18 ist als Schenkelfeder ausgebildet, die in einer am Bürstenhalter 12 ausgeformten Hülse 19 bzw. 20 einliegt und sich mit ihrem einen Schenkel an einem am Bürstenhalter 12 ausgeformten Stift 21 bzw. 22 und mit ihrem anderen Schenkel auf der Rückseite 152 bzw. 162 der Kohlebürste 15 bzw. 16 abstützt. Jede Bürstenführung 13 bzw. 14 weist in ihrer der Hülse 19 bzw. 20 zugekehrten Seitenwand einen Schlitz 23 bzw. 24 auf, durch den der Schenkel der Bürstenfeder 17 bzw. 18 bis in das Innere der Bürstenführung 13 bzw. 14 hinein hindurchtreten kann. Jede Kohlenbürste 15 bzw. 16 ist über eine Anschlußlitze 23 bzw. 24 an ein Potential einer Gleichspannung angeschlossen, wobei die Bürste 13 an dem Minuspotential und die Bürste 14 an dem Pluspotential der Gleichspannung liegt.

Am Kommutator 10 ist eine Putzeinrichtung 25 vorgesehen, die während der Kommutatorrotation einen teilweisen Abrieb der auf der Kommutatoroberfläche sich bildenden Oxydschicht in einer solchen Weise bewirkt, daß diese bis auf einen dünnen Film ständig abgetragen wird. Eine solche Oxydschicht bildet sich auf der Oberfläche des Kommutators 10 bzw. der Kommutatorlamellen unvermeidlich in aggressiver Luftumgebung, insbesondere durch die Anwesenheit von Kraftstoff, wird der Elektromotor in Verbindung mit einer von ihm angetriebenen Kraftstoffpumpe einer Kraftstoffumgebung ausgesetzt.

Die in Fig. 1 dargestellte Putzeinrichtung 25 greift an dem Kommutator 10 zwischen der Kohlenbürste 15 und der Kohlebürste 16 an, und zwar in Drehrichtung des Kommutators 10 (Pfeil 26 in Fig. 1) gesehen vorzugsweise vor der mit dem Pluspol verbundenen Kohlebürste 16. Die Putzeinrichtung 25 weist eine sog. Putzbürste 27 auf, die wie die Kohlebürsten 15, 16 in einer schachtartigen Bürstenführung 28 axial verschieblich gehalten ist und gegen die Oberfläche des Kommutators 10 von einer Bürstenfeder 29 angedrückt wird. In gleicher Weise wie die Bürstenfedern 17 und 18 ist die als Schenkelfeder ausgebildete Bürstenfeder 29 in einer am Bürstenhalter 12 ausgebildeten Hülse 30 aufgenommen und ragt mit ihrem einen Schenkel durch einen Schlitz 31 in der Bürstenführung 28 hindurch, um sich auf der Rückseite 272 der Putzbürste 27 abzustützen. Der andere Schenkel der Bürstenfeder 29 legt sich wiederum an einen am Bürstenhalter 12 ausgeformten Stift 32 an. Die Stirnseite 271 der Putzbürste 27 ist zur Anpassung an den Kommutator 10 wiederum bogenförmig gekrümmt, wobei der Krümmungsradius dem Außendurchmesser des Kommutators 10 entspricht. Zur Erreichung der Putzwirkung der Putzbürste 27 ist hier die Putzbürste 27 als Kohlenbürste mit einem hohen Kupfergehalt ausgebildet.

Anstelle der Putzbürste 27 kann an gleicher Stelle ein Pinsel mit abrasiv wirkenden Borsten, z. B. ein Glasfaserpinsel, vorgesehen werden, der mit seinen harten Borsten an den Kommutator 10 angepreßt wird.

Der in Fig. 2 ausschnittweise dargestellte Kommutatormotor gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel stimmt bis auf die Putzeinrichtung 25 bezüglich der Anordnung von Kommutator 10 und Kohlebürsten 15, 16 mit dem zu Fig. 1 beschriebenen Kommutatormotor überein, so daß gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Putzeinrichtung 25 ist hier nicht separat am Bürstenhalter 12 angeordnet, sondern in die Kohlebürste 16′ integriert. Beide Kohlebürsten 15, 16′ bestehen aus dem gleichen Material, das nur einen geringen oder keinen Abrieb der Oxydschicht bewirkt, so daß die Kohlebürsten 15, 16′ selbst nicht - oder nur schwach - putzend sind. Zur Realisierung der Putzeinrichtung 25 ist vorzugsweise an die mit dem Pluspol der Gleichspannung verbundene Kohlebürste 16′ eine stark putzende Materialschicht 33 angepreßt, die einen hohen Abrieb der Oxydschicht auf dem Kommutator 10 bewirkt. Diese Materialschicht 33 befindet sich an der in Drehrichtung (Pfeil 26) des Kommutators 10 gesehen auflaufenden Kante der Kohlebürste 16′. Die Putzwirkung dieser Materialschicht 33 wird hier beispielsweise durch einen Kupfergehalt von 20-30% erreicht.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Materialschicht 33 an der Längsseite der Kohlebürste 16 entfallen und statt dessen eine Putzwirkung dadurch verwirklicht werden, daß eine Kohlebürste, vorzugsweise die am Pluspotential liegende Kohlebürste 16′, aus einem Material besteht, daß einen hohen Abrieb der Oxydschicht bewirkt und damit stark putzend ist, und die Kohlebürste, vorzugsweise die am Minuspotential liegende Kohlebürste 15, aus einem Material besteht, das nur einen schwachen oder keinen Abrieb der Oxydschicht bewirkt, also nur schwach oder nicht putzend ist. Die Putzwirkung der Kohlebürste 16′ wird hier wiederum und beispielhaft durch einen hohen Kupferanteil im Kohlematerial bewirkt, der etwa 20-30% beträgt.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So braucht der Kommutatormotor nicht zweipolig ausgebildet zu werden, sondern kann auch eine Polpaarzahl größer 1 aufweisen. Entsprechend der Anzahl der Pole wächst die Anzahl der Kohlebürsten, wobei pro Polpaar zwei Kohlebürsten auf dem Bürstenhalter vorgesehen werden müssen. Der Kommutator kann ebenfalls als Plattenkommutator mit radial ausgerichteten Kommutatorlamellen ausgebildet sein. Die Kohlebürste und die Putzeinrichtung werden dann axial an den Plattenkommutator angedrückt.

Claims (10)

1. Kommutatormotor, insbesondere zum Antrieb von Kraftstofförderpumpen in Kraftstoffeinspritzanlagen für Brennkraftmaschinen, mit einem auf einer Rotorwelle (11) drehfest sitzenden Kommutator (10) und mindestens einem Paar relativ zum Kommutator (10) feststehenden Kohlebürsten (15, 16), die von Bürstenfedern (17, 18) an den Kommutator (10) angedrückt sind und an jeweils einem Potential einer Gleichspannung liegen, dadurch gekennzeichnet, daß am Kommutator (10) eine Putzeinrichtung (25) vorgesehen ist, die während der Kommutatorrotation einen teilweisen Abrieb der auf der Kommutatoroberfläche sich bildenden Oxydschicht bewirkt.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Putzeinrichtung (25) ein auf dem Außenmantel des Kommutators (10) schleifendes Element (27) aufweist, das relativ zum Kommutator (10) feststehend in Umfangsrichtung zwischen den Kohlebürsten (15, 16), vorzugsweise in Drehrichtung (26) des Kommutators (10) vor der am Pluspotential angeschlossenen Kohlenbürste (16) angeordnet ist.

3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifelement als Pinsel mit abrasiv wirkenden Borsten ausgebildet ist.

4. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifelement als Putzbürste (27) ausgebildet ist, die mittels einer Bürstenfeder (29) an den Kommutator (10) angedrückt ist.

5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Putzbürste (27) als Kohlebürste mit einem hohen Kupfergehalt ausgebildet ist.

6. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Putzeinrichtung (25) in mindestens einer Kohlebürste (16′) integriert ist.

7. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung der Putzeinrichtung die eine Kohlebürste (16′) aus einem Material besteht, das einen hohen Abrieb der Oxydschicht bewirkt (stark putzend) und die andere Kohlebürste (15) aus einem Material besteht, daß nur einen schwachen oder keinen Abrieb der Oxydschicht bewirkt (schwach oder nicht putzend).

8. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der stark putzenden Kohlebürste (16′) eine Beimischung von 20-30% Kupfer aufweist.

9. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung der Putzeinrichtung die beiden Kohlebürsten (15, 16′) aus dem gleichen Material bestehen, das nur einen geringen oder keinen Abrieb der Oxydschicht bewirkt (schwach oder nicht putzend), und daß vorzugsweise die mit dem Pluspol verbundene Kohlebürste (16′) an ihrer bezüglich der Kommutatordrehung (26) auflaufenden Kante eine Materialschicht (33) trägt, die einen hohen Abrieb der Oxydschicht bewirkt (stark putzend).

10. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die stark putzende Materialschicht (33) einen Kupfergehalt von 20-30% aufweist und vorzugsweise seitlich an die Kohlebürste (16′) angepreßt ist.