Elektromotor zum Antrieb einer Kraftfahrzeugkomponente

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor zum Antrieb einer Kraftfahrzeugkomponente, mit einem Rotor mit einer Rotorwicklung, die mit einem Kommutator verbunden ist, an dem eine Bürste kontaktierend anliegt, sowie mit einer Thermosi- cherung. Unter Elektromotor wird hierbei insbesondere ein Gleichstrom-Lüftermotor zur Kühlwasserkühlung eines Kraftfahrzeugs verstanden.

Aus der DE 10 2007 011 548 A1 ist ein elektromotorisch betriebenes Verstellsystem eines Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise ein Fensterheber, eine Sitzverstellung oder ein Tür- oder Schiebedachantrieb, mit einer Ansteuerelektronik zur Steuerung des Elektromotors unter Berücksichtigung eines Einklemmschutzes bekannt. Zusätzlich zu einem Software-Thermoschutz ist ein thermisches Sicherungselement in Form eines Federelementes als Überlastschutz in einen zum Elektromotor führenden Leiterbahnabschnitt zwischen zwei Lotpunkten gehalten. Bei einem über eine bestimmte Zeit fließenden Überlaststrom wird das Lot an einem der Lotpunkte aufgeschmolzen, so dass in Folge der Federvorspannung des Federelementes die Leiterbahn spontan unterbrochen wird. Diese Thermosiche- rung kann als ein vorgespanntes spiralfederartiges Federelement, als Blattfeder oder als Querschnittsverengung nach Art einer Dehndrahtsicherung ausgeführt sein.

Aus der DE 10 2007 025 345 B4 ist es bekannt, in einem Gleichstrom-Lüftermotor eines Kraftfahrzeuges ein Thermoschutzelement in Form eines TCO-Elementes (thermal cut-off-element), einer Schmelzsicherung oder eines Bimetallschalters in Verbindung mit einem kunststoffumspritzten Stanzgitter einzusetzen, das zwischen einem Gleichspannungsversorgungsanschluss und einer Steuerelektronik angeordnet und an diese thermisch gekoppelt ist. Übersteigt die Temperatur der Steuerelektronik einen vorgegebenen Schwellwert, so löst das Thermoschutzelement aus und unterbricht die elektrische Verbindung zwischen dem Gleichspan- nungsversorgungsanschluss und der Steuerelektronik. Die bekannten Thermoschutzelemente sind einerseits für elektronisch gesteuerte Elektromotoren und andererseits für eine nur geringe Stromtragfähigkeit sowie einen relativ kleinen Temperaturarbeitsbereich bis ca. 80°C konzipiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor, insbesondere einen Gleichstrom-Lüftermotor für ein Kraftfahrzeug, mit einem Thermoschutz anzugeben, der den Einsatz auch bei einer Temperatur beispielsweise bis zu 120°C sowie Stromstärken oberhalb von 20A ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.

Dazu weist der Elektromotor, der insbesondere elektroniklos und in nur einer Drehrichtung betrieben ist, ein kunststoffumspritztes Stanzgitter zur Bildung einer in eine elektrische Isolierung eingeprägten Strombahn auf, die mit mindestens einer Bürste verbunden ist, welche an einem rotorseitigen Kommutator des Elektromotors kontaktierend anliegt. Die den Motorstrom führende Strombahn ist unter Bildung von zwei zueinander beabstandeten Strombahnenden unterbrochen, wobei die dadurch hergestellte Unterbrechungsstelle mit einer Kontaktfeder als Thermosicherung gebrückt ist.

Die Kontaktfeder kann einteilig oder zweiteilig ausgeführt sein, wobei insbesondere bei der einteiligen Ausführung die Kontaktfeder aus Kupferberyllium, d. h. einer Kupferbronze (CuBe oder CuCoBe) mit Beryllium als Legierungsbestandteil besteht.

Bei der zweiteiligen Ausführung weist die Kontaktfeder zwei Federarme mit jeweils einem Fixierende und einem Federfreiende auf. Während die Fixierenden der Federarme mit jeweils einem Strombahnende der den motorstromführenden Strombahn elektrisch leitend verbunden sind, sind die Federfreienden der Kontaktfeder über eine Lotverbindung unter Federvorspannung miteinander kontaktiert. Die vorzugsweise sowohl bei der einteiligen als auch bei der zweiteiligen Ausführung aus Kupferberyllium bestehende Kontaktfeder ist geeigneterweise mit einer galvanischen Sperrschicht, vorzugsweise mit Nickel, beschichtet. Die derart beschichtete und aus Kupferberyllium bestehende Kontaktfeder ist geeigneterweise zusätzlich verzinnt.

Die einteilige Ausführung der Kontaktfeder ist hinsichtlich einer einfachen Herstellung vorteilhaft, während die Doppelfedervariante aufgrund der geringen Toleranzen der Lotverbindung optimal definierbar und an unterschiedliche Stromstärken besonders einfach adaptierbar ist.

Bei der zweiteilig ausgeführten Kontaktfeder (Doppelfedervariante) ist vorzugsweise lediglich einer der Federarme abgekröpft und bildet somit mindestens eine, vorzugsweise zwei zueinander beabstandete Biegestellen aus. Deren Biegemulden sind dem anderen Federarm abgewandt, so dass bei Herstellung der Lotverbindung der gebogene oder abgekröpfte Federarm zwischen den Biegestellen ausgewölbt ist und dadurch die Federvorspannung der Kontaktfeder erzeugt. Hierbei ist das Federfreiende des anderen Federarms vorzugsweise muldenartig geformt, um das Lot zur Herstellung der Lotverbindung mit dem Federfreiende des unter Erzeugung der Federvorspannung gebogenen Federarms aufzunehmen.

Die Halterung der Kontaktfeder an den Strombahnenden erfolgt geeigneterweise über kontaktierende Schnapp- oder Rastverbindungen. Dazu weisen die Fixierenden der Kontaktfeder zueinander beabstandete sowie federelastische und zweifach abgekröpfte Fixierlaschen auf, die an Öffnungsrändern korrespondierender Öffnungen des jeweiligen Strombahnendes zweckmäßigerweise form- und/oder kraftschlüssig geklemmt sind.

In zweckmäßiger Ausgestaltung ist im Bereich der Unterbrechungsstelle der in die elektrische Isolierung eingeprägten Strombahn eine fensterartige Öffnung vorgesehen, durch welche bei einer Kontaktöffnung der Kontaktfeder dessen vorgespannter Federarm ausfedern bzw. ausschwenken kann. Im Fensterbereich der Unterbrechungsstelle kann eine Anlagestelle gebildet sein, an der das entsprechende Federfreienden bei einer Kontaktöffnung der Kontaktfeder definiert anschlägt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch den Einsatz einer Thermosicherung in Form einer aus zwei miteinander kontaktierten Federarmen bestehenden Kontaktfeder, die eine Unterbrechungsstelle in einer den Motorstrom eines Elektromotors führenden Strombahn überbrückt, einerseits ein zuverlässiger Schutz gegen Überströme und/oder Übertemperaturen bereitgestellt ist. Andererseits ist eine Fehlauslösung bei zulässigen Übertemperaturen bzw. Überströmen sicher vermieden. Diese Vorteile werden auch mit einer einteiligen Kontaktfeder erreicht, die aus Kupferberyllium oder einem vergleichbaren Material besteht und deren Oberfläche vorzugsweise darüber hinaus mit einer galvanischen Sperrschicht (z. B. Nickel) versehen sowie anschließend verzinnt ist.

Eine derartige Kontaktfeder als Thermoschutz eignet sich daher besonders für den Einsatz in einem Gleichstrom-Elektromotor ohne Steuerelektronik sowie mit nur einer Antriebsrichtung (Drehrichtung) und somit insbesondere für einen Kühlerlüftermotor eines Kraftfahrzeugs. Gerade ein solcher Lüftermotor kann für eine erhöhte Brandgefahr ursächlich sein, zumal dieser für eine erforderliche Kühlwasserkühlung auch dann noch in Betrieb sein kann, wenn das Fahrzeug vom Benutzer bereits abgestellt und verlassen worden ist.

Nachfolgende wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 ausschnittsweise in einer Teilansicht einen Rotor eines Elektromotors und eine Bürstenanordnung in einem Strompfad mit einer Kontaktfeder als Thermosicherung,

Fig. 2 die Bürstenanordnung mit Kontaktfeder ohne Rotor in einer perspektivischen Darstellung, Fig. 3 in perspektivischer Darstellung einen die Kontaktfeder in einer Unterbrechungsstelle der Strombahn zeigenden Ausschnitt aus den Fig. 1 und 2 in größerem Maßstab und in einer Unteransicht,

Fig. 4 in einer Darstellung gemäß Fig. 3 die Kontaktfeder in ausgelöstem

Zustand in einer Draufsicht gemäß Fig. 2,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 3 mit unter Federvorspannung miteinander kontaktierten Federarmen der Kontaktfeder, und

Fig. 6 in einer gegenüber Fig. 5 um 180° gedrehten Schnittdarstellung entlang der Linien Vl-Vl in Fig. 5 die Kontaktfeder in ausgelöstem Zu- stand.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt unter Weglassen eines Motorgehäuses und eines Stators einen Elektromotor 1 mit einem Rotor 2 mit darauf rotorfest angeordneten, strichliniert angedeuteten Lamellen (Kommutatorlamellen) eines Kommutators 3 und einer Bürstenanordnung 4 mit zwei am Umfang des Rotors 2 zueinander versetzt angeordneten Bürsten 5. Wie an lediglich einer der Bürsten 5 dargestellt, befinden sich diese in einem Bürstenköcher 6 zusammen mit einem Federelement 7, welches die jeweilige Bürste 5 unter entsprechender Federvorspannung gegen den Kommutator 3 drückt, so dass die jeweilige Bürste 5 am Kommutator 3 bzw. n dessen Kommutatorlamellen kontaktierend anliegt. Die entsprechende Bürstenanordnung 4 ist ohne Rotor 2 in Fig. 2 perspektivisch dargestellt.

Die Bürsten 5 sind jeweils über eine Spule 8 in einen mit Pluszeichen (+) und Minuszeichen (-) sowie durch die Pfeildarstellung gekennzeichneten Strompfad 9 geschaltet, der über den Kommutator 3 und die (nicht dargestellten) Spulenwicklungen des Rotors 2 sowie in nicht näher dargestellter Art und Weise über die Fahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeugs bzw. dessen Bordnetz geschlossen ist. Die übrigen Teile der Strombahn 9, mit denen die Spulen 8 sowie die Bürsten 5 verbunden sind, sind von einem kunststoffumspritzten Stanzgitter 10 gebildet. Die den Motorstrom l _M führende Strombahn 9 ist unter Bildung von zwei zueinander beabstandeten Strombahnenden 11 a,11 b unter Bildung einer Unterbrechungsstelle 12 unterbrochen. Die Unterbrechungsstelle 12 ist mittels einer Kontaktfeder 13 als Thermosicherung überbrückt.

Wie aus den Fig. 3 bis 6 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, besteht die Kontaktfeder 13 aus zwei Federarmen 13a und 13b mit jeweils einem Fixierende 14a bzw. 14b und einem Federfreiende 15a bzw. 15b. Die Fixierenden 14a, 14b der beiden Federarme 13, 3b der Kontaktfeder 13 sind jeweils mit einem der beiden Strombahnenden 11 a bzw. 11 b verbunden. Die beiden Federfreienden 15a, 15b der jeweiligen Federarme 13a, 13b sind über eine Lotverbindung 16 unter Federvorspannung miteinander elektrisch leitend verbunden.

Zur Herstellung der Federvorspannung ist im Ausführungsbeispiel nur einer der beiden Federarme - hier der Federarm 13a der Kontaktfeder 13 - unter Bildung einer ersten, dem zugehörigen Fixierende 14a nahegelegenen Biegestelle 17 und einer entlang des Federfreiendes 13a beabstandeten zweiten Biegestelle 18, vorzugsweise unter einem Winkel kleiner 180° und größer 90° abgekröpft. Die dadurch gebildeten Biegemulden 19 bzw. 20 sind dem anderen Federarm 13b abgewandt, wie insbesondere aus Fig. 6 ersichtlich ist.

Wie in Fig. 5 vergleichsweise deutlich erkennbar ist, ist in der kontaktierenden Lotverbindung 16 der beiden Federarme 13a, 13b der Federarm 13a im Bereich der Unterbrechungsstelle 12 - je nach Blickrichtung - aus- bzw. eingewölbt, so dass die Federfreienden 15a, 15b der Kontaktfeder 13 unter Federvorspannung miteinander kontaktiert sind. Hierbei ist das Federfreiende 15b des im Ausführungsbeispiel zur Herstellung der Federvorspannung nicht abgekröpften Federarms 13b muldenartig geformt, um das Lot zur Herstellung der Lotverbindung 16 mit dem Federfreiende 115a des unter Erzeugung der Federvorspannung gebogenen Federarms 13a definiert aufzunehmen.

Wie aus den Fig. 3 und 4 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, sind die mit den Strombahnenden 11 a,11 b verbundenen Fixierenden 14a bzw. 14b der Federarme 13a, 13b der Kontaktfeder 13 jeweils mit zwei zueinander beabstandeten Fi- xierlaschen 21 a, 21 b versehen. Diese durchsetzen korrespondierende Öffnungen 22a, 22b in den jeweiligen Strombahnenden 11a bzw. 11 b des unterbrochenen Stanzgitters 10 und sind dort nach Art einer Schnapp- oder Rastverbindung gehalten. Hierzu sind die Fixierlaschen 21a, 21 b zweifach abgekröpft und jeweils mit einer abgewinkelten und Einsteckzunge 23a bzw. 23b als Einführhilfe versehen. Die federelastischen Fixierenden 14a, 14b sind somit an den Öffnungsrändern der Öffnungen 22a, 22b des jeweiligen Strombahnendes 11 a bzw. 11 b mit den Strombahnenden 11a, 11 b kontaktierend sowie zweckmäßigerweise form- und/oder kraftschlüssig geklemmt.

Wie in Fig. 3 angedeutet, ist das Stanzgitter 10 zur Bildung der in eine elektrische Isolierung eingeprägten Strombahn 9 mit einer Kunststoffschicht als elektrische Isolierung 24 umspritzt. Im Bereich der Unterbrechungsstelle 12 der in die elektrische Isolierung 24 eingeprägten Strombahn 9 ist eine Fensteröffnung 25 vorgesehen, aus welcher das vorgespannte Federfreiende 15a bei der in den Fig. 4 und 6 dargestellten Kontaktöffnung der Kontaktfeder 13 ausfedern kann.

Die Kontaktfeder 13 besteht vorzugsweise aus Kupferberyllium. Die Kontaktfeder 13 ist zudem mit einer galvanischen Sperrschicht, insbesondere mit Nickel, beschichtet und anschließend verzinnt. Bei Verwendung von Kupferberyllium als Federmaterial der Kontaktfeder 13 sowie der zusätzlichen Beschichtung kann aufgrund der dadurch ermöglichten hohen Stromtragfähigkeit und Temperaturfestigkeit auch eine einteilige Kontaktfeder 13 vorgesehen sein. Deren eines Fixierende ist dann mit dem einen Strombahnende beispielsweise wiederum mit einer Schnappverbindung oder dergleichen verbunden, während das Federfreiende mit dem anderen Strombahnende unter Überbrückung der Unterbrechungsstelle 12 der Strombahn 9 beispielsweise wiederum über eine Lötverbindung kontaktiert ist.

Eine derartige Kontaktfeder 13 als Thermoschutz eignet sich besonders für den Einsatz in einem Gleichstrom-Elektromotor ohne Steuerelektronik sowie mit nur einer Antriebsrichtung (Drehrichtung) und somit insbesondere für einen Kühlerlüftermotor eines Kraftfahrzeugs. Bezugszeichenliste

1 Elektromotor

2 Rotor

3 Kommutator

4 Bürstenanordnung

5 Bürste

6 Bürstenköcher

7 Federelement

8 Spule

9 Strombahn

10 Stanzgitter

1 1 a,b Strombahnende

12 Unterbrechungsstelle

13 Kontaktfeder

13a,b Federarm

14a,b Fixierende

15a,b Federfreiende

16 Lotverbindung

17,18 Biegestelle

19,20 Biegemulde

21 a,b Fixierlasche

22a,b Öffnung

23a, b Einsteckzunge

24 Kunststoffschicht/lsolierung

25 Fensteröffnung

IM Motorstrom