Beschreibung

Elektromotor mit Hammerbürsten

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Elektromotor mit Hammerbürsten sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen, insbesondere zum Verstellen beweglicher Teile im Kraftfahrzeug, nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.

Mit der DE 103 52 234 ist ein Elektromotor bekannt geworden, bei dem eine Ankerwelle mit einem darauf angeordneten Kommutator zwischen zwei radial zusammenfügbaren Gehäuseschalen gelagert ist. Dabei sind Hammerbürsten über Federbügel direkt an der Leiterplatte befestigt, beispielsweise angeschweißt oder genietet. Nach der Montage des Ankers wird hierbei die Leiterplatte radial montiert, wodurch die Hammerbürsten mit ihren Kohlen gegenüber dem Kommutator positioniert werden. Aufgrund der Justierung der Hammerbürsten mittels der Positionierung der Leiterplatte ist es relativ schwierig, die Kohlen exakt zu positionieren, wodurch störende Geräusche auftreten können. Ein solches System ist außerdem nicht sehr flexibel bezüglich einer konstruktiven änderung der Leiterplatte, da mit dieser auch die Bürstenhalter verändert werden müssen.

Desweiteren stellen die Bestückung der Leiterplatte mit den Hammerbürsten und die Kontaktierung zu einem Stecker relativ aufwendige Montageprozese dar.

Offenbarung der Erfindung

Der erfindungsgemäße Elektromotor und dessen Herstellungsverfahren mit dem kennzeichnenden Merkmal der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass durch die Lagerung der Hammerbürsten direkt in einem Gehäuseteil, das auch den Anker des Elektromotors lagert, die Hammerbürsten bezüglich des Kommutators genauer positioniert werden können. Die Hammerbürsten werden dabei völlig unabhängig von der

Leiterplatte oder eines Bürstenhalter-Bauteils in Aufnahmen eingefügt, die im Gehäuseteil angeformt sind. Durch die Entkopplung der Hammerbürsten von der Leiterplatte, kann letztere sehr einfach in ihrer Form und ihrer Bestückung variiert werden, ohne dass die Halterung der Hammerbürsten angepasst werden muss. Dadurch können insbesondere die Sensorik oder verschiedene Steckeranschlüsse leichter an

Kundenwünsche angepasst werden. Es ist außerdem kein zusätzliches Bürstenhalter- Bauteil notwendig, das in einem zusätzlichen Montageschritt eingefügt und abgedichtet werden müsste. Das Motorgehäuse kann daher sehr einfach und kostengünstig mittels zwei Gehäuseschalen realisiert werden, die sehr einfach gegeneinander abzudichten sind.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale. Besonders einfach lassen sich die Hammerbürsten mittels eines Klemmelements, das an der Hammerbürste angeordnet ist, in das Gehäuseteil einspannen. Dadurch sind keine zusätzlichen Verbindungsmittel notwendig. Die Hammerbürste wird beispielsweise mit einer Rastverzahnung einfach in die Aufnahme des Gehäuseteils eingeschoben und darin verrastet.

Weist die Aufnahme dabei einen Verastungsgegenfläche auf, so krallt sich die Rastverzahnung in diesen Verrstungsanschlag fest, der vorzugsweise aus einem weicheren Material als das Befestigungselement, beispielsweise Kunststoff gefertigt ist. Somit kann die Hammerbürste in einem einfachen Prozess bis zu einem Endanschlag in die Aufnahme eingeführt werden und ist durch das Verkrallen der Verzahnung gleichzeitig zuverlässig fixiert.

Von Vorteil ist es, wenn die Hammerbürste einen Einsteckkontakt aufweist, der derart ausgerichtet ist, dass bei der Monatag der Leiterplatte der Einsteckkontakt in eine korrespondierende öffnung der Leiterplatte eingeschoben wird. Dabei wird mit dem Montageprozess der Leiterplatte eine mechanische Verbindung zur Hammerbürste geschaffen.

Ist der Einsteckkontakt mit einer federnden Einpresszone ausgebildet, wird mit der Montage der Leiterplattte die Hammerbürste auch gleichzeitig zuverlässig mittels Einpresstechnik elektrisch kontaktiert. Dadurch entfällt das Löten oder andere Kontaktierungsverfahren.

Damit der Einsteckkontakt die notwendige mechanische Stabilität aufweist, ist dieser vorteilhaft aus einem anderen Material gefertigt, als der Federbügel. Dann kann der Einsteckkontakt vorzugsweise vor der Montage der Hammerbürste in einfacher Weise mittels Nieten oder Schweißen mit dem Federbügel verbunden werden.

Von Vorteil ist es, wenn die Rastverzahnung direkt einstückig zusammen mit dem Einsteckkontakt ausgebildet ist. Die Rastverzahnung ist dann ebenfalls aus einem härteren Material gebildet, als die entsprechende Gegenfläche der Aufnahme, in die die Rastverzahnung dann besser eingreifen kann.

Ist die Aufnahme als Tasche ausgebildet, die zusätzlich zur Einführungsöffnung an einer weiteren Seite eine öffnung aufweist, wird das Befestigungselement einerseits sicher fixiert, und der Federbügel mit der Kohle kann gleichzeitig aus der letzteren öffnung ragen, um am Kommutator anzuliegen.

In einer weiteren Ausführung weist die Aufnahme eine Führungsschiene auf, auf der die Hammerbürste in eine Verrast-Position geschoben werden kann. Als Führungselement dient hier insbesondere das Einsteckelement, das beispielsweise durch einen Spalt der Führungsschiene greift.

Weist der Elektromotor beispielsweise zwei Hammerbürsten auf, die beidseitig der Ankerwelle angeordnet sind, kann die Leiterplatte beide Einsteckelemente direkt aufnehmen, wenn sich die Leiterplatte tangential über den Kommutator hinweg erstreckt. Dadurch sind die Kohlen auf sehr kurzem elektrischem Wege direkt an die

Stromversorgung angebunden, wodurch elektromagnetische Störungen reduziert werden. Bei dieser Anordnung der Leiterplatte kann gleichzeitig ein Sensorsystem sehr günstig direkt an der Ankerwelle positioniert werden.

Damit bei der Montage der Leiterplatte keine elektrischen Kontaktierungsprozesse notwendig sind, sind zusätzlich zu den Einsteckkontakten der Hammerbürsten auch die Steckerpins für den externen elektrischen Anschluss des Elektromotors als Einsteckkontakte in der unteren Halbschale vormoniert, beziehungsweise in diese eingespritzt. Dadurch werden gleichzeitig mit der mechanischen Fixierung der

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Leiterplatte mittels Führungsstifte alle elektrischen Kontakte hergestellt, so dass zusätzliche Kontaktierungsverfahren entfallen.

Alternativ oder zusätzlich zu der elektrischen Verbindung der Kohlen über die Federbügel zum Einsteckkontakt, kann an die Kohlebürste eine Kohlelitze befestigt werden, die diese direkt mit dem Einsteckkontakt elektrische kontaktiert. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass durch die Art der Befestigung der Kohlelitze der Federbügel machanisch gedämpft werden kann.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren des Elektromotors, der komplett in radialer Richtung montiert werden kann, entfällt der separate Montageprozess der Hammerbürsten auf der Leiterplatte. Durch das direkte Einfügen der Befestigungsbereiche der Hammerbürsten in die entsprechenden Aufnahmen des unteren Gehäuseteils werden diese direkt, und dadurch sehr exakt zum Kommutator positioniert. Durch die radiale Montage der Leiterplatte wird diese in einem Prozess-Schritt gleichzeitig mechanisch und elektrisch vollständig verbunden. Die Montage des oberen Gehäuseteils beeinträchtigt dabei die Positionierung der Hammerbürsten nicht. Die aufwendige Montage eines zusätzlichen Bürstenhalter-Bauteils und dessen Abdichtung gegenüber der anderen Gehäuseteile entfällt vollständig.

In einem bevorzugten Fertigungsverfahren werden die Kohlenbürsten derart radial zum Anker eingesetzt, dass sich die Federbügel in axialer Richtung erstrecken, wobei die Kohlen insbesondere mittels Fasen derart geformt sind, dass diese beim Aufschieben auf den Kommutator ihre optimale angefederte Position einnehmen.

Durch das Einführen der Einpresszone in die Löcher der Leiterplatte entsteht in einem Prozess-Schritt gleichzeitig ein guter mechanischer und elektrischer Kontakt, wodurch unter Umständen eine zusätzliche mechanische Fixierung entfallen kann. Dadurch sind für die Kontaktierung der Hammerbürsten keine speziellen aufwendigen Prozessentwicklungen erforderlich.

Zeichnungen

In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 und Figur 2 zwei unterschiedliche Ausfuhrungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Hammerbürste, Figur 3 eine weitere Variante in eingebautem Zustand, Figur 4 die Hammerbürste gemäß Figur 1 in eingebautem Zustand, und Figur 5 den Montageprozess des erfindungsgemäßen Elektromotors.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist eine Hammerbürste 12 dargestellt, bei der eine Kohle 13 mechanisch und elektrisch mit einem Federbügel 14 verbunden ist. Die Hammerbürste 12 weist des weiteren einen Einsteckkontakt 16 auf, der beispielsweise mittels Nieten 15 oder mittels Schweissen oder einem anderen Verbindungsverfahren mit dem Federbügel 14 verbunden ist. Der Federbügel 14 ist aus Federstahl, oder aus Cu- oder CuBe-Material hergestellt, so dass die Kohle 13 über den Federbügel 14 elektrisch leitend mit dem Einsteckkontakt 16 verbunden ist. Die Kohle 13 ist beispielsweise in Figur 1 auf den

Federbügel 14 aufgeschweisst, kann aber auch in anderen Ausführungen auf den Federbügel 14 genietet oder in diesen eingesteckt, bzw. eingeklemmt sein. Am Einsteckkontakt 16 ist eine Einpresszone 18 angeformt, die federnde Stege 20 aufweist, die beim Einfügen in ein Loch 22 einer Leiterplatte 24 elastisch verformt werden. Dabei werden die Stege 20 an eine Innenwand 23 des Lochs 22 gepresst. An der Hammerbürste

12 ist des weiteren ein Befestigungselement 26 angeordnet, das mehrere Rastverzahnungen 28 aufweist, die sich beim Einführen in eine Aufnahme 30 eines unteren Gehäuseteils 32 festkrallen. Das Befestigungselement 26 ist bei dieser Ausführung einteilig aus dem gleichen Material wie der Einsteckkontakt 16 hergestellt, beispielsweise als Biege-Stanzteil aus einer Kupferplatte gefertigt. Die Hammerbürste 12 weist beispielsweise vier Befestigungselemente 26 auf, die sich alle in etwa senkrecht zur Ebene des Federbügels 14 erstrecken. Bei der Montage der Hammerbürste 12 erstreckt sich der Federbügel 14 dann in etwa parallel zu einer Gegenfläche 52 der Rastverzahnung 28, wie dies in Figur 4 ersichtlich ist.

In Figur 4 ist die Hammerbürste 12 aus Figur 1 in montiertem Zustand dargestellt, nachdem diese in die Aufnahme 30 des unteren Gehäuseteils 32 eingeschoben wurde. In dem unteren Gehäuseteil 32 ist eine Ankerwelle 36 mit einem darauf angeordneten Anker 38 und einem Kommutator 40 mittels Lager 35 gelagert. Die Ankerwelle 36 weist als Antriebselement 42 eine Schnecke 43 auf, die über ein Abtriebselement 44 beispielsweise

ein bewegliches Teil im Kraftfahrzeug verstellt. Im Bereich des Kommutators 40 sind direkt im unteren Gehäuseteil 32 auf beiden Seiten der Ankerwelle 36 die Aufnahmen 30 angeformt, die als offene Taschen 46 ausgebildet sind. Die Hammerbürsten 12 werden in Montagerichtung 50 radial zur Ankerwelle 36 in stirnseitige öffnungen 48 der Aufnahmen 30 eingeführt. Die Federbügel 14 mit den Kohlen 13 ragen dabei durch einen seitlichen Spalt 49 aus der Aufnahme 30 raus. Beim Einführen in Montagerichtung 50 gleiten dabei die Kohlen 13 über den Kommutator 40, so dass die Federbügel 14 in fertig montiertem Zustand unter Vorspannung am Kommutator 40 anliegen. Die Federbügel 14 erstrecken sich von der Aufnahme 30 in axialer Richtung 51 zum Kommutator 40. Beim Einführen der Hammerbürsten 12 verklemmt sich das Befestigungselement 26 in der

Aufnahme 30, indem sich die Rastverzahnung 28 mit der Gegenfläche 52 verkrallt. Die Hammerbürste 12 wird dabei soweit in die Aufnahme 30 eingeführt, bis sie an einer Anschlagsfläche 54 der Aufnahme 30 anliegt. Die Einsteckkontakte 16 ragen hierbei in Montagerichtung 50 über den Kommutator 40 hinaus, so dass nach der Montage der Ankerwelle 36 und der Hammerbürsten 12 die Leiterplatte 24 in radialer Richtung 50 montiert werden kann, wie dies in Figur 5 dargestellt ist.

Figur 5 zeigt den gleichen Elektromotor 10 wie Figur 4 beim nächsten Montageschritt. Im unteren Gehäuseteil 32 sind im Bereich eines Anschlusssteckers 56 Steckerpins 58 angeordnet, deren Einsteckbereiche 60 sich ebenfalls in Montagerichtung 50 erstrecken.

Die Leiterplatte 24 wird nun in radialer Richtung 50 mit ihren Zentrierlöchern 52 auf korrespondierende Führungsstifte 64 des unteren Gehäuseteils 32 aufgeschoben. Dabei werden mittels Einpresstechnik sowohl die Einsteckkontakte 16 der Hammerbürsten 12, als auch die Einsteckbereiche 60 der Steckerpins 58 in entsprechende Löcher 22 der Leiterplatte 24 eingepresst. Dadurch sind ohne weitere Kontaktierungsprozesse die

Hammerbürsten 12 über deren Einsteckkontakte 16, über die Leiterplatte 24 mit den Steckerpins 58 des Anschlusssteckers 56 elektrisch verbunden. Die Leiterplatte 24 erstreckt sich dabei tangential zum Kommutator 40 und überdeckt diesen in tangentialer Richtung 53 vollständig. Auf der Leiterplatte 24 ist des weiteren ein Drehzahlsensor 66, beispielsweise ein Hall-IC 67 derart angeordnet, dass er unmittelbar gegenüber eines

Signalgebers 68, beispielsweise eines Ringmagneten 69 der Ankerwelle 36 positioniert ist. Auf der Leiterplatte 24 sind weitere Bauelemente 65, wie Relais, Kondensatoren, Dioden, Entstörelemente und ein Mikroprozessor angeordnet. Die Leiterplatte 24 weist ebenfalls eine Aussparung 70 auf, durch die nach der Montage des nicht näher dargestellten oberen Gehäuseteils 34 das Lager 35 in die untere Gehäuseschale 32

gepresst wird. Das obere Gehäuseteil 34 liegt nach dessen Montage in radialer Richtung 50 direkt an einer Dichtung 72 des unteren Gehäuseteils 32 an, so dass die beiden Gehäuseteile 32, 34 den Elektromotor 10 mit dem daran anschließenden Getriebe 42, 44 komplett umschließen.

In Figur 2 ist ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hammerbürste 12 dargestellt, bei der die Kohle 13 in den Federbügel 14 eingesteckt ist. Die Kohle 13 weist ein Anschlusselement 74 auf, das die Kohle 13 elektrisch mit dem Federbügel 14 verbindet. Zusätzlich oder alternativ ist die Kohle 13 mittels einer Anschlusslitze 76 direkt mit dem Einsteckkontakt 16 der Hammerbürste 12 verbunden. Weist die

Hammerbürste 12 eine Anschlusslitze 76 auf, kann für den Federbügel 14 auch ein schlechter elektrischer Leiter verwendet werden. Außerdem kann die Kohlelitze 76 derart befestigt wrden, dass die Hammerbürste 12 mechanisch gedämpft wird. Als Befestigungselement 26 ist im Bereich zwischen dem Federbügel 14 und dem Einsteckkontakt 16 die Verastverzahnung 28 angeformt, die sich in der Ebene des

Federbügels 14 erstreckt. Der Einsteckkontakt 16 weist wiederum eine Einpresszone 18 auf, die durch zwei Federstege 20 gebildet wird, die eine öse 21 umschließen. Eine solche Hammerbürste 12 kann ebenfalls in eine nicht näher dargestellte Aufnahme 30 eines Gehäuseteils 32 des Elektromotors 10 eingeschoben werden, wobei sich die Verastverzahnung 28 in der Aufnahme 30 verklemmt.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Hammerbürste 12, bei der die Kohle 13 in einer Ausformung 77 des Federbügels 14 angeordnet ist. Der Federbügel 14 ist hier beispielsweise einstückig mit dem Einsteckkontakt 16 und dem Befestigungselement 26 ausgebildet. Zur Montage der Hammerbürste 12 in das Gehäuseteil 32 wird der

Einsteckkontakt 16 in eine Nut 78 einer Führungsschiene 80 in radialer Richtung 50 eingesetzt. Danach wird die Hammerbürste 12 in tangentialer Richtung 53 entlang der Schiene 80 verschoben, bis das Befestigungselement 26 an einer entsprechenden Gegenfläche 52 der Aufnahme 30 verastet, und der Federbügel 14 an einer Anschlagsfläche 54 der Aufnahme 30 anliegt. In Figur 3 ist schematisch nur ein Teil des

Gehäuses 32 dargestellt, wobei die beiden gegenüberliegenden Verastungsverzahnungen 28 gleichzeitig in der Aufnahme 30 verasten. Die Einsteckkontakte 16 erstrecken sich bei diesem Ausführungsbeispiel durch die Führungsschiene 80 hindurch, so dass die Leiterplatte 24 von der anderen Seite der Führungsschiene 80 mit den Einsteckkontakten

16 verbunden wird. Die Federbügel 14 erstrecken sich bei dieser Ausführung nicht axial zur Ankerwelle 36, sondern tangential zum Kommutator 40.

Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele und der Beschreibung vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise die konkrete Ausgestaltung der Befestigungselemente 26 und deren Verbindung mit dem Federbügel 14 variiert werden. Beispielsweise können die Hammerbürsten 12 anstelle mittels der Verastzahnung 28 auch mit anderen Verbindungsmitteln fixiert werden. Ebenfalls kann die Form und die Anbindung der Einsteckkontakte 16, der entsprechenden Gehäuse-Geometrie und der verwendeten Leiterplatte 24 des Elektromotors 10 angepasst werden. Die Ausgestaltung der Aufnahmen 30 und deren Gegenflächen 52 im unteren Gehäuseteil 32 hängt von der konkreten Montagegeometrie des Elektromotors 10 ab. Der erfindungsgemäße Elektromotor wird bevorzugt für das Verstellen von Fensterscheiben oder anderen beweglichen Teilen im Kraftfahrzeug verwendet, wobei das Gehäuse vorzugsweise aus zwei Halbschalen 30, 32 besteht.