Stromübertragungsanordnung

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromübertragungsanordnung für Elektromotoren umfassend zumindest zwei Kohlebürstenhalterungen mit von diesen aufgenommenen Kohlebürsten (14, 16), einen Träger für die Kohlebürstenhalterungen sowie für elektrische Bauelemente, elektrische Anschlüsse sowie Befestigungsmittel zum Befestigen des Trägers in einem Gehäuse. Um bei kompakter Bauweise eine gewünschte Verschaltung von Kohlebürsten und elektrischen Bauelementen zu ermöglichen, wobei eine Anordnung auch bei beengten Platzverhältnissen möglich sein soll, wird vorgeschlagen, dass der Träger eine Platine (22) ist, von der federnde Zungenelement (18, 20) als die Kohlebürstenhalterungen ausgehen, dass die Zungenelemente sich zumindest abschnittsweise entlang Längsachse des Elektromotors erstrecken, dass die Zungenelemente mit den Kohlebürsten (14, 16) stoffschlüssig verbunden sind und dass von der Platine Kontaktfinger als sowohl die Befestigungsmittel als auch die elektrischen Anschlüsse ausgehen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromübertragungsanordnung für Elektromotoren umfassend zumindest zwei Kohlebürstenhalterungen mit von diesen aufgenommenen Kohlebürsten, einen Träger für die Kohlebürstenhalterungen sowie für elektrische Bauelemente, elektrische Anschlüsse sowie Befestigungsmittel zum Befestigen des Trägers in einem Gehäuse.

[0002] Eine entsprechende Stromübertragungsanordnung nach der EP 0 291 765 A2 umfasst eine Trägerplatte, die von der Welle des Elektromotors durchsetzt ist. Diametral zur Längsachse verlaufen köcherförmige Kohlebürstenhalterungen, in denen Kohlebürsten axial verschiebbar angeordnet sind, um an einem Kommutator anzuliegen. Die Trägerplatte selbst weist ein Stanzgitter auf, über das eine Verschaltung sowohl der Kohlebürstenhalterungen als auch von elektrischen Bauelementen wie Drosseln oder Kondensatoren erfolgt.

[0003] Einen prinzipiell gleichen Aufbau weist eine Bürstenträgerplatte nach der DE 44 44 645 A1 auf. Dabei sind die die Verschaltung ermöglichenden Leiterbahnen in der Tragplatte eingegossen bzw. von dieser umspritzt.

[0004] Zum Fixieren bekannter Anordnungen müssen diese in entsprechende Aufnahmen in dem Elektromotorgehäuse eingesetzt werden. Durch die Verschaltungen, insbesondere die radiale Anordnung der Kohlebürstenköcher ist somit eine recht voluminöse Bauform für das Motorgehäuse erforderlich.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Stromübertragungsanordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass bei kompakter Bauweise eine gewünschte Verschaltung von Kohlebürsten und elektrischen Bauelementen erfolgt, wobei eine Anordnung auch bei beengten Platzverhältnissen möglich sein soll. Dabei sollen insbesondere gesonderte Stanzgitter oder Steckverbindungen zum Fixieren der Anordnung nicht erforderlich sein.

[0006] Zur Lösung des Problems sieht die Erfindung im Wesentlichen vor, dass der Träger eine Platine ist, von der federnde Zungenelemente als die Kohlebürstenhalterungen ausgehen, die sich entlang Längsachse des Elektromotors erstrecken, dass die Kohlebürsten mit den Kohlebürstenhalterungen stoffschlüssig verbunden sind und dass von der Platine Kontaktfinger als sowohl das Befestigungsmittel als auch der elektrische Anschluss ausgehen.

[0007] Erfindungsgemäß wird eine Stromübertragungsanordnung zur Verfügung gestellt, bei der zusätzliche Teile zum Fixieren der Anordnung sowie Kommutieren des Elektromotors nicht erforderlich sind. Dabei ergibt sich eine überaus kompakte Bauart, da abweichend vom vorbekannten Stand der Technik keine radial verlaufenden Kohlebürstenführungen wie Köcher erforderlich sind, die mit einem gegebenenfalls umspritzten Stanzgitter verbunden sind. Insbesondere aufgrund der stoffschlüssigen wie verschweißten Verbindung zwischen der Kohlebürste und der Kohlebürstenhalterung ist ein Einsatz für hohe Ströme z. B. für Gleichstromstellermotoren mit Nennströmen zwischen 30 und 35 Ampere möglich. Gleichzeitig befinden sich auf der als die Platine bzw. Leiterplatte ausgebildeten Aufnahme für die Kohlebürstenhalterung sämtliche elektronischen Bauelemente wie Entstörung und/oder Sensoreinheit.

[0008] Insbesondere ist vorgesehen, dass die Platine sich entlang der Längsachse des Elektromotors, also der Achse des Ankers erstreckt. Auch kann problemlos eine zu der Ankerlängsachse geneigt verlaufende Anordnung gegeben sein, da es in diesem Fall allein erforderlich ist, dass die die Kohlebürstenhalterung bildenden federnden Zungenelemente derart gebogen werden, dass sich diese entlang der Ankerlängsachse erstrecken.

[0009] Bevorzugter Weise ist jedoch vorgesehen, dass die Platine eine Ebene aufspannt, die parallel oder in etwa parallel zur Längsachse des Ankers verläuft.

[0010] Bei den federnden Zungenelementen, die die Kohlebürstenhalterungen bilden, handelt es sich insbesondere um Blattfederelemente, mit denen die Kohlebürsten rückseitig insbesondere durch Schweißen stoffschlüssig verbunden sind. Hierzu kann die Kohlebürste blattfederseitig einen z. B. aus Bronze aus Sinterlegierung bestehenden Bereich aufweisen, der mit dem Blattfederelement verschweißt ist.

[0011] Das Blattfederelement selbst kann in die Platine gesteckt oder gerammt sei. Zusätzlich erfolgt ein Verlöten, um die erforderliche elektrische leitende Verbindung sicherzustellen. Dabei können die Blattfederelemente von einer Auflagekonstruktion aufgenommen werden, die sicherstellt, dass die von den Blattfedern auf die Kohlebürsten übertragenen Kräfte, über die die Kohlenbürsten eine Kraftbeaufschlagung in Richtung des Kommutators des Elektromotors erfahren, aufgefangen werden, so dass sich keine hohen Kräfte auf die Lötverbindung zur Platine ausbilden. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass die Blattfeder einen die Kohlebürste aufnehmenden Basisabschnitt mit zu der Kohlebürste fernliegendem L-förmigem Endabschnitt aufweist, dessen parallel oder in etwa parallel zum Basisabschnitt verlaufender freier Schenkel aus zwei zueinander beabstandeten Abschnitten besteht, die in die Platine einsteck- bzw. einrammbar sind und verlötet sind.

[0012] Kohlebürstenseitiges Ende des Basisabschnitts kann im Schnitt eine U-Form aufweisen, deren Seitenschenkel entlang Außenflächen der vorzugsweise eine Flachquadergeometrie aufweisenden Kohlebürste verlaufen. Flachquadergeometrie bedeutet dabei, dass die Kohlebürste im Vergleich zur Breite eine geringe bzw. geringere axiale Erstreckung aufweist.

[0013] In Weiterbildung ist vorgesehen, dass die elektrischen Bauelemente als SMD oder bedrahtet mit der Platine verbunden sind.

[0014] Unabhängig hiervon sieht die Erfindung vor, dass die elektrischen Bauelemente eine Funkentstörung und/oder einen Überlastschutz und/oder einen Hall-IC mit Widerstand und/oder einen Thermowächter umfassen.

[0015] Eine besondere kompakte Bauart ergibt sch dann, wenn zwischen zwei diametral zur Ankerlängsachse angeordneten Blattfedern auf der Platine ein Thermowächter sowie zwei Entstördrosseln angeordnet sind. Ferner sollte von zu der Kohlebürstenhalterung abgewandter Platinenfläche ein Varistor, ein Kondensator und/oder ein X2Y-Kondensatorelement ausgehen. Ein entsprechendes X2Y-Kondensatorelement ist sodann mit einem von der Platine ausgehenden Masseanschluss verbunden.

[0016] Die von der Platine ausgehenden Kontaktfinger erstrecken sich in Aufnahmen des Gehäuses, wobei unbedeckte Abschnitte Stromanschlusskontakte sind.

[0017] Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsformen.

[0018] Es zeigen:

Fig. 1

einen ersten Ausschnitt aus einem Motorgehäuse,

Fig. 2

den Ausschnitt des Motorgehäuses gemäß Fig. 1, jedoch aus anderer Perspektive,

Fig. 3

eine Ansicht einer Platine mit Kohlebürstenhalterung,

Fig. 4

die Platine nach Fig. 3 in Unteransicht,

Fig. 5

eine Rückansicht einer Kohlebürstenhalterung und

Fig. 6

die Kohlebürstenhalterung nach Fig. 5, teilweise in Vorderansicht.

[0019] In Fig. 1 und 2 ist in verschiedenen Ansichten ein Ausschnitt eines Gehäuses 10 eines Elektromotors wie Gleichstrommotors dargestellt, in dem ein nicht gezeichneter Anker mit Kommutator einsetzbar ist. Zur Lagerung weist das Motorgehäuse 10 entsprechende zylindrische Aufnahmen 12 auf, die zentral von der Ankerwelle durchsetzbar sind. Um die Kommutierung des Elektromotors zu ermöglichen, wird über Kohlebürsten 14, 16 Strom dem Motor bzw. dessen Kommutator zugeführt.

[0020] Erfindungsgemäß gehen die Kohlebürsten 14, 16 von Blattfedern 18, 20 aus, die in eine Platine 22 eingesteckt bzw. eingerammt und verlötet sind. Die Kohlebürsten 14, 16 bestehen des Weiteren bevorzugterweise aus einem vorderen mit dem Kommutator wechselwirkenden aus Kohlenstoffmaterial bestehenden Abschnitt 24, 26 sowie einem rückseitigen aus Bronze- bzw. Sinterlegierung bestehenden Abschnitt 28, 30, der mit einem im Schnitt U-förmigem Abschnitt 32, 34 der Kohlebürstenhalterung stoffschlüssig verbunden wie verschweißt ist. Dabei erstrecken sich Seitenschenkel 36, 38, 40, 42 des U-förmigen Abschnitts 32, 34 entlang gegenüberliegende Seitenflächen der Kohlebürsten 14, 16.

[0021] Die U-förmigen Abschnitte 32, 34 gehen von einem zungenförmigen Basisabschnitt 44, 46 aus, der seinerseits in einen L-förmigen Endabschnitt 48 übergeht, wobei parallel zu dem Basisabschnitt 46 verlaufender Schenkel 50 aus zwei zueinander beabstandeten Abschnitten 52, 54 besteht, die in die Platine 22 einsteck- bzw. einrammbar sind. Durch diese Auflagenkonstruktion werden in einem Umfang über die Blattfederelemente 18, 20 zu übertragenden Kräfte kompensiert, so dass die zwischen den Endabschnitten 48 der Blattfedern 18, 20 und der Platine 22 vorhandenen Lötverbindungen entlastet werden.

[0022] Von der Platine 22 gehen des Weiteren Kontaktzungen 56, 58 aus, die ebenfalls in die Platine 22 eingestemmt bzw. -gerammt und sodann elektrisch leitend verbunden sind. Dabei üben die Kontaktzungen 56, 58 eine Doppelfunktion aus, da über diese zum einen die mechanische Verbindung mit dem Gehäuse 10 und zum anderen die elektrisch leitende Verbindung zu elektrischen Anschlüssen erfolgt.

[0023] Zur mechanischen Verbindung durchsetzen die Kontaktzungen 56, 58 entsprechende Aufnahmen in dem Gehäuse 10. Freibleibende Abschnitte 60, 62, die in Fig. 2 erkennbar sind, können sodann mit elektrischen Anschlüssen z. B. über Steckverbindungen verbunden werden.

[0024] Auf der Platine 22 sind des Weiteren elektrische Bauelemente befestigt, die zur Sensorik bzw. zur Entstörung dienen. So sind zwischen den Blattfedern 18, 20, also den Halterungen für die Kohlebürsten 14, 16 Entstördrosseln 64, 66 sowie ein Thermowächter 68 angeordnet. Diese können in SMD-Ausführung oder durch Verdrahtung verschaltet werden.

[0025] Rückseitig weist im Ausführungsbeispiel die Platine 22 einen Varistor 70, ein X2Y-Kondensatorelement 72 sowie einen Kondensator 74 auf. Das X2Y-Kondensatorelement 72 ist über eine von der Platine 22 ausgehende Anschlussfahne 76 mit Masse verbindbar.

[0026] Neben den beispielhaft angegebenen elektronischen Bauelemente kann auf die Platine bzw. Leiterplatte unmittelbar eine Drehzahlsensorik z.B. als Zusatzplatine auf die Platine 22 aufgesteckt werden.

[0027] Dadurch, dass die Stromübertragungsanordnung von dem Anker bzw. Kommutator nicht durchsetzt wird, sondern sich entlang diesem erstreckt, ergibt sich eine kompakte Bauart. Auch kann dem Grunde nach eine beliebige Ausrichtung der Platine 22 zu dem Kommutator erfolgen, da es einzig und allein erforderlich ist, dass entsprechend dem Achsenverlauf des Ankers die Blattfedern 18, 20 als die Kohlebürstenhalterungen ausgerichtet werden. Hierzu können die Blattfedern 18, 20 auch aus zueinander einen Winkel beschreibenden Abschnitten bestehen.

[0028] Durch die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Kohlebürste 14, 16 und der Kohlebürstenhalterung 18, 20 ist die erfindungsgemäße Stromübertragungsanordnung für hohe Ströme geeignet, so dass z. B. ein Einsatz für jedwede Art von Steller-Motoren, wie diese für Sitzverstellung, Schiebedächer oder Fensterheber benötigt werden, möglich ist. Bei entsprechenden Motoren können im Kurzschlussbetrieb Ströme zwischen 30 und 35 A fließen, ohne dass aufgrund der erfindungsgemäßen Stromübertragungsanordnung die Gefahr von Überhitzungen bzw. Beschädigungen erwächst.

Ansprüche

1. Stromübertragungsanordnung für Elektromotoren umfassend zumindest zwei Kohlebürstenhalterungen (18, 20) mit von diesen aufgenommenen Kohlebürsten (14, 16), einen Träger (22) für die Kohlebürstenhalterungen sowie für elektrische Bauelemente (64, 66, 68), elektrische Anschlüsse sowie Befestigungsmittel (56, 58) zum Befestigen des Trägers in einem Gehäuse (10),
dadurch gekennzeichnet,
dass der Träger eine Platine (22) ist, von der federnde Zungenelemente (18, 20) als die Kohlebürstenhalterungen ausgehen, dass die Zungenelemente sich zumindest abschnittsweise entlang der Längsachse des Elektromotors erstrecken, dass die Zungenelemente mit den Kohlebürsten (14, 16) stoffschlüssig verbunden sind und dass von der Platine Kontaktfinger (56, 58) als sowohl die Befestigungsmittel als auch die elektrischen Anschlüsse ausgehen.

2. Stromübertragungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Platine (22) entlang des Ankers des Elektromotors erstreckt.

3. Stromübertragungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Platine (22) eine Ebene aufspannt, die parallel oder in etwa parallel zur Längsachse des Ankers verläuft.

4. Stromübertragungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das federnde Zungenelement ein Blattfederelement ist, mit dem die Kohlebürste (14, 16) insbesondere durch Schweißen stoffschlüssig verbunden ist.

5. Stromübertragungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kohlebürste blattfederseitig einen z.B. aus Bronze- oder Sinterlegierung bestehenden Bereich aufweist, der mit dem Blattfederelement verschweißt ist.

6. Stromübertragungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Blattfederelement in die Platine (22) gesteckt oder gerammt ist.

7. Stromübertragungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Blattfederelement von einer Auflagekonstruktion aufgenommen ist.

8. Stromübertragungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Blattfederelement einen die Kohlebürste (14, 16) aufnehmenden Basisabschnitt (44, 46) mit kohlebürstenfernliegendem L-förmigem Endabschnitt (48) aufweist, dessen parallel oder in etwa parallel zum Basisschenkel verlaufender freier Schenkel (50) aus zwei zueinander beabstandeten Abschnitten (52, 54) besteht, die in die Platine (22) einsteck- bzw. einrammbar sind.

9. Stromübertragungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass kohlebürstenseitiges Ende des Basisabschnittes (44, 46) im Schnitt eine U-Form aufweist, deren Seitenschenkel (36, 38, 40, 42) entlang Außenflächen der vorzugsweise eine Flachgeometrie aufweisenden Kohlebürste (14, 16) verlaufen.

10. Stromübertragungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die elektrischen bzw. elektronischen Bauelemente (64, 66, 70, 72, 74) als SMD oder bedrahtet mit der Platine (22) verbunden sind.

11. Stromübertragungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass von der Platine (22) ein mit einem X2Y-Kondensatorelement (72) verbundener Masseanschluss (76) ausgeht.

12. Stromübertragungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die elektrischen Bauelemente eine Funkentstörung (64, 66) und/oder einen Überlastschutz (68) und/oder einen Hall-IC mit Widerstand und/oder einen Thermowächter (68) umfassen.

13. Stromübertragungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen zwei diametral zur Ankerlängsachse angeordneten Blattfederelementen als die Kohlebürstenhalterungen (18, 20) ein Thermowächter (68) sowie zwei Entstördrosseln (64, 66, 68) angeordnet sind.

14. Stromübertragungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass von zu den Kohlebürsten (14, 16) abgewandter Platinenfläche ein Varistor (70), ein Kondensator (74) und/oder das X2Y-Kondensatorelement (72) ausgehen.

15. Stromübertragungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die von der Platine (22) ausgehenden Kontaktfinger (56, 58) Aufnahmen des Gehäuses (10) durchsetzen und unbedeckte Abschnitte Stromabschlusskontakte sind.

Zeichnung