Beschreibung Kommutatoranordnung

Die Erfindung betrifft eine Kommutatoranordnung zur Bestromung eines elektrischen Motors, umfassend eine Motorwelle und einen damit drehfest verbundenen Kommutator, der einen die Motorwelle zumindest teilweise umlaufenden Kunststoffkern aufweist, der eine Anzahl elektrischer Kontakte zur wechselweisen Bestromung der Wicklungen des Motors umfasst.

Ein derartiger Kommutator dreht sich zwischen feststehenden Bürsten, wobei die elektrischen Kontakte des Kommutators abwechselnd mit den Bürsten elektrisch kontaktiert werden. Auf diese Weise werden während einer Umdrehung nacheinander die verschiedenen, jeweils zwischen die elektrischen Kontakte des Kommutators geschalteten Wicklungen des Motors bestromt, so dass der die Wicklungen tragende Läufer ein beständiges und gleichgerichtetes Drehmoment erfährt. An den Bürsten liegt dabei eine Gleichspannung an. Der Kunststoffkern ist in der Regel der Welle direkt oder indirekt aufgepresst, so dass die gewünschte drehfeste Verbindung des Kommutators mit der Welle hergestellt ist.

Gleichspannungsmotoren mit einem Kommutator werden insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik zum Antrieb eines Stellelements eingesetzt. Ein solches Stellelement kann beispielsweise ein Fenster, ein Fahrzeugsitz oder ein Schiebedach sein. Dabei ist es notwendig, die Position des Stellelements zu kennen. Für eine solche Positionserkennung wird gewöhnlich einHall-Sensor eingesetzt, der mittels eines auf der Motorwelle aufgebrachten Ringmagneten die Anzahl der getätigten Umdrehungen erfasst. Dabei weist ein derartiger Ringmagnet (auch Hallmagnet genannt) in Umfangsrichtung in der Regel eine Anzahl von Permanentmagneten mit abwechselnder Polung auf, um die Auflösung der Messung zu verbessern.

Ein solcher Ringmagnet kann insbesondere auch aus einem Kunststoff gefertigt sein, in den ein geeignetes Magnetpulver oder Magnetpartikel eingebracht ist/sind,

und der entsprechend magnetisiert wurde. Der das Magnetpulver oder die Magnetpartikel umfassende Kunststoff ist gewöhnlich spröde, so dass er der Welle in aller Regel nicht kraftschlüssig aufgepresst werden kann. Vielmehr wird der ringförmige Kunststoff auf eine Hülse aus einem Sintermetall aufgebracht, insbesondere aus Kupfer, und mittels dieser Sintermetall-Hülse auf die Welle gepresst.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine zur Umdrehungserfassung geeignete Kommutatoranordnung anzugeben, die möglichst einfach und kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird für eine Kommutatoranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kunststoffkern, gegebenenfalls mit verringertem Durchmesser, in axialer Richtung über die Kontakte hinaus verlängert ist, und als ein Aufnahmeelement für einen Ringmagneten ausgebildet ist.

Der ohnehin zur Aufnahme der Kontakte vorgesehene Kunststoffkern des eigentlichen Kommutators kann fertigungstechnisch problemlos in axialer Richtung hinaus verlängert und als ein Aufnahmeelement für den Ringmagneten ausgebildet werden. Da der Kunststoffkern des Kommutators bereits drehfest mit der Motorwelle verbunden ist, eröffnet diese Ausgestaltung einfachere Fertigungs- und Montagemöglichkeiten für den Ringmagneten. Denn der verlängerte Kunststoffkern lässt sich konstruktiv und fertigungstechnisch leicht zu einer drehfesten Aufnahme für den Ringmagneten gestalten. Auf einen separaten Fertigungsschritt, wobei der Ringmagnet mit einer Hülse zur Aufpressung auf die Motorwelle versehen wird, kann verzichtet werden.

Bevorzugterweise ist das Aufnahmeelement zu einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung mit dem Ringmagneten ausgebildet. Dies kann beispielsweise mit einer Feder-Nut-Passung bzw. mittels Quetschrippen geschehen. Quetschrippen sind hierbei im Unterschied zur Aufbringung des Ringmagneten auf die Welle möglich, da es sich im Falle eines Kunststoff-Magneten um eine Fügung von Kunststoff auf Kunststoff handelt. Idealerweise werden sich in axialer Richtung

erstreckende Rippen eingesetzt. Diese ermöglichen eine axiale Führung des Ringmagneten bei einer zugleich drehfesten Verbindung.

Der Kunststoffkern des Kommutators kann der Motorwelle direkt aufgepresst sein. Bevorzugt ist der Kunststoffkern jedoch der Motorwelle über einen Sintermetallring, insbesondere aus Kupfer, aufgepresst.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 : eine Kommutatoranordnung gemäß Stand der Technik,

Fig. 2: einen Ringmagneten für die Kommutatoranordnung gem. Fig. 1 ,

Fig.3: eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Kommutatoranordnung,

Fig. 4: einen Ringmagneten für die Kommutatoranordnung nach Fig. 3,

Fig. 5: schematisch die Verbindung eines Ringmagneten mit dem Kommutator nach Fig. 3 und

Fig. 6: schematisch die Verbindung eines Ringmagneten mit einem weitabgewandelten Kommutator.

In Fig. 1 wird eine Ausführung einer Kommutatoranordnung V gemäß Stand der Technik ersichtlich. Man erkennt die Motorwelle 2, der drehfest ein Kommutator 3 zur Bestromung der Wicklungen 4 eines Elektromotors aufgesetzt ist. Der Kommutator 3 umfasst einen Kunststoffkern 5, auf den in Umfangsrichtung eine Anzahl von Lamellen 7 bzw. von elektrischen Kontakten aufgebracht ist. Die Lamellen 7 bzw. elektrischen Kontakte werden mittels nicht eingezeichneter Bürsten, an denen eine Gleichspannung anliegt, bestromt. Jeweils an zwei dieser Lamellen 7 ist eine Wicklung 4 des elektrischen Motors angeschlossen.

Zur Messung der Umdrehungen der Motorwelle 2 wird ein Ringmagnet 9 entsprechend Fig. 2, auch Hallmagnet genannt, der Motorwelle 2 aufgesetzt. Dieser Ringmagnet 9 umfasst einen äußeren Ring 10 aus einem Kunststoff mit eingebrachtem Magnetpulver. Durch entsprechende Magnetisierung ist entlang des

Umfangs eine Abfolge von Magneten mit abwechselnder Polung erzeugt. Der äußere Kunststoffring 10 des Ringmagneten 9 sitzt auf einer Sinterhülse 11 , die aus einem Sintermetall gefertigt ist. Mittels der Sinterhülse 11 wird der Ringmagnet 9 kraftschlüssig der Motorwelle 2 aufgepresst. Auch der Kunststoffkern 5 des Kommutators 3 kann über eine Sinterhülse der Motorwelle 2 kraftschlüssig aufgepresst sein.

Auf jeden Fall ist ein separater Arbeitsschritt notwendig, um die Sinterhülse 11 des Ringmagneten 9 zu fertigen, der eine kraftschlüssige Verbindung des Ringmagneten 9 mit der Motorwelle 2 erlaubt. Der Ringmagnet 9 ist stets als ein Hybridteil herzustellen.

In Fig. 3 wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Man erkennt nun, dass bei Kommutatoranordnung 1 der Kunststoffkern 5 des Kommutators 3 in axialer Richtung über die Lamellen 7 bzw. die Kontakte hinaus verlängert ist. Dies erfordert lediglich eine geringe und wenig Kosten verursachende Anpassung im Fertigungsprozess. Das verlängerte Teilstück 12 des Kunststoffkerns 5 weist gegenüber dem eigentlichen, die elektrischen Kontakte 7 aufweisenden Kommutator 3 einen verringerten Durchmesser auf. An dem Montageprozess zur Aufpressung des Kunststoffkerns 5 auf die Motorwelle 2 ändert sich nichts. Durch die Verlängerung des Kunststoffkerns 5 wird sogar die Verbindung des Kunststoffkerns 5 mit der Motorwelle 2 verbessert.

Auf dem verlängerten Teilstück 12 des Kunststoffkerns 5 sind in axialer Richtung verlaufende Verdrehrippen 13 aufgebracht. Das verlängerte Teilstück 12 ist als ein Aufnahmeelement für den Ringmagneten 9' ausgebildet, wie er in Fig. 4 gezeigt ist.

Der in Fig. 4 dargestellte Ringmagnet 9' ist nun alleine aus einem Kunststoff mit eingelagerten Magnetpartikeln bzw. Magnetpulver gefertigt. Im Inneren weist der Ringmagnet 9' zwei Nasen 15 auf, die mit den in axialer Richtung verlaufenden Verdrehrippen 13 des verlängerten Teilstücks 12 des Kunststoffkerns 5 des Kommutators 3 korrespondieren. Der Ringmagnet 9' kann somit in axialer Rieh-

tung auf das Aufnahmeelement des Kunststoffkerns 5 geschoben werden. Eine Drehung gegenüber der Motorwelle 2 ist nicht mehr möglich.

Eine separate Sinterhülse zum Aufpressen des Ringmagneten 9' auf die Motorwelle 2 ist nicht mehr notwendig. Der Ringmagnet 9' ist kein Hybridbauteil.

Um zu verhindern, dass der aufgebrachte Ringmagnet 9' in axialer Richtung verrutscht, ist auf das Ende der inneren Bohrung des Ringmagneten 9' eine Fase 16 mit einer 45°-Neigung eingebracht. Dies wird aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich. Die Fase 16 erlaubt ein einfaches Absichern des Ringmagneten 9' gegenüber einer axialen Bewegung.

In Fig. 5 erkennt man nun in einem Querschnitt den eigentlichen Kommutator 3 sowie das in axialer Richtung verlängerte Teilstück 12 des Kunststoffkerns 5. Man erkennt auch die in axialer Richtung verlaufende Verdrehrippe 13. Dem verlängerten Teilstück 12 ist bereits der Ring- bzw. Hallmagnet 9' aufgeschoben, so dass infolge der die Verdrehrippe 13 aufnehmenden Nase 15 keine Verdrehung des Ringmagneten 9' auf der Motorwelle 2 möglich ist. Man erkennt weiter die an einem Ende der zentralen Bohrung des Ringmagneten 9' eingebrachte umlaufende Fase 16 um den Hülsenrand 17 des verlängerten Teilstücks 12.

Zur Herstellung einer Verdrehsicherung wird nun eine geeignet geformte Presse 19 eingesetzt, die einen mit dem Rand 17 des verlängerten Teilstücks 12 des Kunststoffkerns 5 korrespondierenden umlaufenden Ring 20 aufweist. Die Presse 19 wird der Motorwelle 2 aufgeschoben und mit ihrem Ring 20 dem Hülsenrand 17 aufgesetzt. Durch Erhitzen der Presse 19 schmilzt der Hülsenrand 17 auf, wodurch Kunststoffmaterial in die umlaufende Fase 16 des Ringmagneten 9' eindringt. Es wird hierdurch eine material- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen dem verlängerten Teilstück 12 des Kunststoffkerns 5 und dem aufgesetzten Ringmagneten 9' hergestellt. Somit ist keine axiale Verschiebung des Ringmagneten 9' mehr möglich. Mit anderen Worten wird der Ringmagnet 9' mittels Heiß- Verpressen in axialer Richtung gesichert.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei der Ringmagnet 9' dem eigentlichen Kommutator 3 direkt aufgesetzt ist.

Aus Fig. 6 wird ein Ausführungsbeispiel ersichtlich, wobei das verlängerte Teilstück 12 des Kunststoffkerns 5 des Kommutators 3 eine nochmalige sprunghafte Umfangsverringerung 22 aufweist. Hierdurch wird ein Anschlag für den Ringmagneten 9' geschaffen. Der Ring- oder Hallmagnet 9' liegt diesem Anschlag auf. Dadurch wird ein definierter Abstand zwischen dem Ringmagneten 9' und dem Kommutator 3 geschaffen, was gegebenenfalls aus elektrischen Gründen von Vorteil sein kann. Das Montageverfahren ist identisch zu dem bezüglich Fig. 5 genannten.

Bezugszeichenliste ,1 ' Kommutatoranordnung

Motorwelle

Kommutator

Wicklungen

Kunststoffkern

Lamellen ,9' Ringmagnet 0 äußerer Ring 1 Sinterhülse 2 Teilstück, verlängert 3 Verdrehrippen 5 Nasen 6 Fase 7 Hülsenrand 9 Presse 0 Ring Umfangsverringerung