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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Gleichstrommaschine, insbesondere einem
Gleichstrommotor für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug,
nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Derartige
bürstenkommutierte Gleichstrommaschinen mit einem Kunststoff-Bürstenträger
sind grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der
DE 38 18 891 C2 .
Diese Druckschrift zeigt eine Gleichstrommaschine mit einem scheibenförmigen,
dort als Basis bezeichneten Bürstenträger, welcher
insgesamt aus Kunststoff besteht und in einer vorgegebenen Position
zum Kommutator der Maschine fest mit deren Polgehäuse verbunden
ist. Zur Fertigung und zur Montage der Maschine macht die Druckschrift
nur Ausführungen hinsichtlich der Anschlussfahnen der Bürsten,
welche mit den Anschlussleitungen der Maschine in einem Kontaktstück
elektrisch verbunden und befestigt sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Gestaltung hat den Vorteil, dass
die Fertigung und/oder die Montage einer Gleichstrommaschine deutlich
erleichtert und verbessert werden, indem der Bürstenträger
der Maschine einerseits selbst exakt und dauerhaft im Maschinengehäuse
ausgerichtet wird und andererseits zweckmäßige
Befestigungs- und Positionierungsmöglichkeiten für
die auf ihm anzuordnenden Komponenten geschaffen werden. Hierbei
ist sowohl eine manuelle wie auch eine automatisierbare Fertigung ohne
Schwierigkeiten möglich.
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Eine
zentrierte Verspannung des Bürstenträgers im Polgehäuse
und damit eine Verbesserung der Positioniergenauigkeit der auf dem
Bürstenträger monierten Bauteile, eine verringerte
Leistungsstreuung und eine Geräuschreduzierung ergibt sich
vorzugsweise durch mehrere gleichartige, schräg verlaufende
Rippen oder Laschen, welche ebenfalls einteilig mit dem Bürstenträger
aus Kunststoff gespritzt werden können. Durch die schräge
Ausrichtung wird die Einführung des Bürstenträgers
in das Polgehäuse bei der Montage deutlich erleichtert
und es ergibt sich automatisch die Zentrierung gegenüber
dem Polgehäuse. Hierbei gewährleistet eine im
Wesentlichen steife Ausbildung der Rippen oder Laschen einen besonders
festen Presssitz des Bürstenträgers, während
eine elastische Gestaltung der Rippen oder Laschen, entweder in
Form von Federlaschen oder in Form von biegsam am Bürstenträger
angebundenen Rippen oder Laschen, noch größere
Toleranzen bei der Ausrichtung der Teile während der Montage
zulässt.
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Zur
Erleichterung der Montage der Maschine ist es vorteilhaft, wenn
zum Einsetzen des Rotors mit dem auf der Rotorachse befestigten
Kommutator am Rand einer zentralen Öffnung im Bürstenträger
Zentrierrippen für ein Bestückungshilfsmittel
angeformt sind. Diese Zentrierrippen sind zweckmäßigerweise über
den nicht von den Bürsten besetzten Sektor des Bürstenträgers,
im Wesentlichen symmetrisch zur Anordnung der Bürsten,
verteilt, so dass sich beim Einführen des Kommutators ein
gleichmäßiger Druck und damit eine einwandfreie
Zentrierung eines bei der Montage verwendeten Bürstenrückhalterings
ergeben.
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Eine
weitere vorteilhafte Gestaltungsmöglichkeit des Bürstenträgers
hinsichtlich einer Montagevereinfachung und einer sicheren Befestigung
der Anpressfedern für die Bürsten ergibt sich,
wenn diese mit einem Z-förmigen Endabschnitt am kommutatorseitigen
Ende des Bürstenköchers arretiert sind. Eine derartige
Gestaltung des Federendes gewährleistet einerseits die
selbständige Ausrichtung der Feder beim Anbringen am Bürstenköcher,
andererseits wird durch die Z-Form eine sichere Arretierung im Betrieb gewährleistet.
Die Arretierung und Justierung der Bürstenandrückfeder
kann hierbei noch zusätzlich verbessert werden, wenn der
z-förmige Endabschnitt der Anpressfeder eine Öffnung
aufweist für den Durchtritt eines Positionierungspins am
Bürstenköcher. Auf diese Weise wird die Anpressfeder
punktgenau gehalten.
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Zur
weitgehend spannungsfreien Befestigung des Bürstenträgers
am Polgehäuse ist es vorteilhaft, wenn dieser an seinem
Umfang einen Befestigungsflansch aufweist, welcher nur punktuell
an biegsamen Elementen der Grundplatte des Bürstenträgers
befestigt ist, welche in diesem Bereich Aussparungen für
Auslenkungen aufweist. Der Befestigungsflansch wird zwischen dem
Polgehäuse und dem benachbarten Lagerdeckel eingespannt
und der Bürstenträger hierdurch vom Metallgehäuse
der Maschine weitgehend entkoppelt, wodurch sich einerseits unterschiedliche
Wärmedehnungen am Polgehäuse und am Bürstenträger
individuell ausbilden können, ohne dass sich der Kunststoffbürstenträger verformt.
Andererseits erhält man durch diese Gestaltung zusätzlich
eine Geräuschentkoppelung zwischen dem Bürstenträger
und dem Gehäuse, da Schwingungen am Bürstenträger
nur in geringem Umfang auf das Gehäuse übertragen
werden.
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Weitere
Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Patentansprüchen und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele
der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Schnittdarstellung der erfindungsgemäß gestalteten
Gleichstrommaschine,
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2 eine
schematische Schnittdarstellung des Polgehäuses und des
einzubringenden Bürstenträgers mit einer an seinem
Rand angeformten Zentrierungsrippe,
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3 eine
perspektivische Teilansicht des Bürstenträgers
mit einer elastisch ausgebildeten Zentrierungslasche,
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4 eine
perspektivische Gesamtansicht des unbestückten Bürstenträgers,
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5 eine
perspektivische Teilansicht des Bürstenträgers
im Bereich der Bürstenköcher,
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6 eine
Draufsicht auf einen mit Bürsten und Entstörkomponenten
bestückten Bürstenträger und
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7 eine
perspektivische Teilansicht des Bürstenträgers
mit einer Bürstenandrückfeder.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In 1 ist
mit 10 eine Gleichstrommaschine bezeichnet in der Ausführung
als Gleichstrommotor für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug.
Die Maschine besitzt ein topfförmiges Polgehäuse 12,
welches durch einen Lagerdeckel 14 einseitig geschlossen ist.
Innerhalb des Polgehäuses 12 wird ein Stator 16 durch
Permanentmagnete 18 ausgebildet, welche am Polgehäuse 12 in
bekannter Weise befestigt sind. Ein Rotor 20 der Maschine
sitzt auf einer Welle 22, welche einerseits im Polgehäuse 12 und
andererseits im Lagerdeckel 14 drehbar gelagert ist. Auf
der Rotorwelle 22 ist weiterhin ein Kommutator 24 angeordnet,
welchem über Bürsten 26 der Erregerstrom für
den Rotor 20 zugeführt wird.
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Die
Bürsten 26 und weitere Komponenten, insbesondere
die erforderlichen Entstörmittel der Maschine, sind auf
einem Bürstenträger 28 gehalten. Von
den Entstörmitteln des Motors sind in 1 eine Entstördrossel 30 und
ein Kondensator 32 zu erkennen. Die Arretierung des Bürstenträgers 28 im
Polgehäuse 12 erfolgt durch einen Befestigungsflansch 34, welcher
sich über den gesamten Umfang des Bürstenträgers
erstreckt und zwischen dem Polgehäuse 12 und dem
Lagerdeckel 14 im fertig montierten Zustand der Maschine
eingeklemmt ist. Im Einzelnen wird der Aufbau und die Bestückung
des Bürstenträgers 28 an Hand der folgenden
Figuren erläutert, in denen für gleiche Teile
gleiche Bezugszeichen verwendet sind.
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2 zeigt
in schematisierter Darstellung das Polgehäuse 12 der
Maschine und den darin zu arretierenden Bürstenträger 28.
An abschnittsweise am Umfang des Bürstenträgers 28 ausgebildete Wandabschnitte 46 sind
mehrere gleichartige, schräg verlaufende Rippen 48 angeformt,
wobei in der Regel drei Rippen zur einwandfreien Zentrierung des
Bürstenträgers 28 im Polgehäuse 12 ausreichen.
Durch die Schrägung der Rippen 48 wird die Zentrierung des
Bürstenträgers 28 beim Einsetzen ins
Polgehäuse 12 deutlich erleichtert und je nach
Ausbildung der Schrägung ein mehr oder weniger starker
Presssitz des Bürstenträgers 28 im Polgehäuse 12 erzielt.
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Anstelle
von steif ausgebildeten Rippen 48, wie sie in 2 dargestellt
sind, besitzt der Bürstenhalter 28 bei der Anordnung
gemäß 3 federnde Laschen 50,
welche einerseits selbst elastisch ausgebildet sind und andererseits
zusätzlich elastisch an einem bügelförmig
geformten Wandabschnitt 46 gehalten sind. Auch in diesem
Fall können die Laschen 50 ähnlich wie
die Rippen 48 in 2 schräg
ausgebildet sein oder sie besitzen an ihrem freien Ende einen Vorsprung 52,
welcher sich federnd an die Innenwand des Polgehäuses 12 anlegt.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht des unbestückten Bürstenträgers 28.
Neben den bereits erörterten Ausgestaltungen weist dessen
Grundplatte 54 eine Mehrzahl von Bestückungsaussparungen 56 für
die Montage einer variablen Anzahl von in dieser Figur nicht dargestellten
Bürstenköcher auf. Der Bürstenträger 28 gemäß 4 besitzt
vier Bestückungsaussparungen 56 von denen je nach
Gestaltung der Gleichstrommaschine wahlweise zwei, drei oder vier
in bekannter Weise mit Bürstenträgern 28 bestückt
werden können. Durch die Bestückungsvarianten
auf der Basis der gleichen Grundplatte 54 kann die Bauteilevielfalt
deutlich verringert werden.
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Die
in 4 nicht gezeigten, in der Regel metallischen Bürstenköcher
werden mittels Köcherfüßchen gesichert,
welche einerseits durch Aussparungen 58 in der Grundplatte 54 des
Bürstenträgers hindurch und um das innere Ende 60 der
Bestückungsaussparungen 56 herum greifen und unterhalb
der Grundplatte 54 verstemmt werden, wie dies aus 5 ersichtlich
ist. Hierbei sind an der in 5 sichtbaren
Unterseite der Grundplatte 54 des Bürstenträgers 28 im
Bereich des Durchtritts der Köcherfüßchen 62 der
Bürstenköcher 64 Überbiegerippen 66 an
der Grundplatte 54 ausgebildet, welche beim Verstemmen
der Köcherfüßchen 62 einen dauerhaften
und spielfreien Sitz der. Bürstenträger 28 gewährleisten.
Die zentrale Öffnung für den späteren
Durchtritt des Kommutators 24 durch den Bürstenträger 28 ist
mit 68 bezeichnet. Weiterhin sind in den 4 und 5 gewölbeartige
Strukturen 70 an der Grundplatte 54 des Bürstenträgers 28 zu
erkennen, welche die Steifigkeit der Grundplatte deutlich erhöhen.
Die Grundplatte 54 kann so in mehreren Ebenen gestaltet
und versteift werden.
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6 zeigt
eine Draufsicht auf einen mit Bürsten 26 und Entstörkomponenten 30, 31 und 32 bestückten
Bürstenträger 28, aus welcher die Verteilung
der Bestückungskomponenten auf dem Bürstenträger
ersichtlich ist. Die Darstellung zeigt, dass die Bestückungsaussparungen 56 für
die Bürstenträger 28 so auf der Grundplatte 54 angeordnet
sind, dass die Bürsten in einem ersten, sich etwa über
die obere Hälfte der Grundplatte erstreckenden Sektor und
die elektrischen Entstörmittel 30, 31, 32 in
einem zweiten Sektor auf der unteren Hälfte der Grundplatte 54 liegen.
Durch diese Anordnung erreicht man, dass die entstörten
elektrischen Verbindungen zu den Drosseln 30 und 31 und
zu dem Kondensator 32 außerhalb des von den Bürsten 26 eingenommenen oberen
Sektors des Bürstenträgers 28 verlaufen
und so in die bereits entstörten elektrischen Verbindungen
von den Bürsten keine Störsignale mehr induziert
werden, wodurch die elektromagnetische Verträglichkeit
(EMV) der Maschine deutlich verbessert wird.
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Im
unteren Bereich der zentralen Öffnung 68 im Bürstenträger 28 sind
drei Zentrierrippen 72 zu erkennen, welche etwa gleich
weit in die zentrale Öffnung 68 des Bürstenträgers 28 hineinragen
wie die Bürsten 26 selbst bei ihrer kontaktierenden
Auflage auf dem in 6 nicht dargestellten Kommutator 24. Diese
Gestaltung ist durch eine gestrichelte Kreislinie 74 angedeutet.
Auf diese Weise wird die Zentrierung eines in seiner Gestaltung
im Wesentlichen der gestrichelten Linie 74 entsprechenden
Bestückungshilfsmittels zum Einbringen des Kommutators 24 in die
zentrale Öffnung 68 im Bürstenträger 28 deutlich erleichtert.
Aus Symmetriegründen sind dabei die Zentrierrippen 72 gleichmäßig über
den nicht von den Bürsten 26 besetzten unteren
Sektor des Bürstenträgers 28 verteilt.
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Weiterhin
ist in 6 noch die Gestaltung des Befestigungsflansches 34 für
den Bürstenträger 28 dargestellt, welcher
sich über den gesamten Umfang des Bürstenträgers 28 erstreckt,
mit diesem jedoch nur punktuell über mehrere, am Umfang
verteilte Stege 88 verbunden ist. Der Befestigungsflansch 34 und
die Stege 88 sind einteilig mit dem Bürstenträger 28 aus
Kunststoff gespritzt. Zur Arretierung des Bürstenträgers 28 ist
der Flansch 34 zwischen dem Rand des Polgehäuses 12 und
dem gegenüberliegenden Rand des Lagerdeckels 14 fest
eingeklemmt, wodurch eine sichere Halterung und exakte Positionierung
des Bürstenträgers 28 gewährleistet
sind. Gleichzeitig wird jedoch durch die punktuelle Verbindung des
Bürstenträgers 28 mit dem Befestigungsflansch 34 der
Bürstenträgerkörper weitgehend vom Polgehäuse 12 entkoppelt,
so dass sich unterschiedliche Wärmedehnungen des Bürstenträgers 28 und des
Polgehäuses 12 individuell ausbilden können, ohne
dass sich die Grundplatte 54 des Bürstenträgers 28 verwölbt.
Zusätzlich entsteht eine Geräuschentkoppelung
zwischen dem Bürstenträger 28 und dem
Polgehäuse 12 mit einer deutlichen Verminderung
der von der Maschine abgestrahlten Geräusche.
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7 zeigt
eine perspektivische Teilansicht des Bürstenträgers 28 im
Bereich einer Bürste 26, aus der die Anordnung
einer als Rollfeder ausgebildeten Feder 76 zum Anpressen
der Bürste 26 an den Kommutator 24 ersichtlich
ist. Die Feder ragt mit ihrem gerollten Ende 78 in den
Bürstenköcher 64 hinein und drückt
die Bürste 26 in Richtung des Kommutators, mit
ihrem dem Kommutator 24 zugewandten Z-förmigen
Endabschnitt umgreift sie den Bürstenköcher 64 und
wird an ihm rastend arretiert. Zusätzlich weist der Z-förmige
Endabschnitt 80 der Feder 76 noch eine Öffnung 82 auf
für den Durchtritt eines Positionierpins 84 am
Bürstenköcher 64, wodurch die Feder 76 punktgenau
und schüttelsicher am Bürstenköcher 64 gehalten
und positioniert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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