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Die
Erfindung bezieht sich auf elektrische Geräte, und insbesondere
auf eine Erdungseinrichtung für einen elektrischen Anschluss
des Geräts.
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Bei
vielen elektrischen Geräten ist es erforderlich, dass elektrische
Ladungen zur Masse bzw. Erde abgeleitet werden können,
und zwar nicht nur von den spannungsfreien Teilen des elektrischen
Geräts, sondern unter Umständen auch von spannungsführenden
Teilen, das heißt von Teilen, die beim Betrieb des elektrischen
Geräts ein von dem elektrischen Potenzial der Masse unterschiedliches
elektrisches Potenzial haben. Dieses Ableiten von elektrischen Ladungen
ist insbesondere zur Vermeidung von elektrostatischer Aufladung
nützlich, wie sie z. B. durch Reibung entstehen kann. Andererseits
soll der Wirkungsgrad des elektrischen Geräts oder gar
sein Funktionieren nicht dadurch beeinträchtigt werden, dass
ein zu großer Anteil des elektrischen Stroms zur Versorgung
des elektrischen Geräts über die verschiedenen
Erdungspfade kurzgeschlossen wird, ohne dass dieser Anteil des Stromes
für den Betrieb des elektrischen Geräts verwendet
werden könnte. Daher werden Erdungspfade zwischen spannungsführenden
Teilen, wie z. B. den elektrischen Anschlüssen des elektrischen
Geräts, hochohmig ausgeführt. Eine bekannte Möglichkeit
besteht in der Verwendung von herkömmlichen verdrahteten
Widerstanden, die zwischen dem elektrischen Anschluss und einem
Masseteil angebracht werden. Dies erfordert einen erhöhten
Montageaufwand und Platzbedarf.
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Das
Patent
US 6,530,757 stellt
ein Gehäuse für eine elektrisch betriebene Pumpe
vor, bei dem die Anschlusskappe an der Kommutatorseite aus einem elektrisch
leitfähigen Kunststoff hergestellt ist. Elektrisch leitfähiger
Kunststoff ist als Werkstoff jedoch relativ teuer. Auch muss der
Konstrukteur eventuell einen Kompromiss zu Lasten der mechanischen
Eigenschaften und/oder der Haltbarkeit des betroffenen Werkstücks
eingehen. Schließlich führt jede Änderung
der Größe oder Form des Werkstücks zu
einer Änderung der elektrischen Leitfähigkeit und
damit des elektrischen Widerstands dieses Werkstücks, was
die Konstruktion komplizierter macht.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einer Erdungseinrichtung,
die hinsichtlich der genannten Punkte bekannte Erdungseinrichtungen
weiterentwickelt. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur
Herstellung einer derartigen Erdungseinrichtung bzw. eines damit
ausgerüsteten Elektromotors.
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Ein
Elektromotor gemäß der Erfindung umfasst eine
Anschlussplatte, eine Armatur zur Befestigung des Motors, zumindest
einen elektrischen Anschluss, der von der Anschlussplatte gestützt
ist, und zumindest ein Widerstandselement aus leitfähigem Kunststoff
zur Bereitstellung einer elektrischen Verbindung mit definiertem
Widerstand zwischen dem elektrischen Anschluss und der Armatur,
wobei das Widerstandselement den elektrischen Anschluss kontaktiert
und als Einlage in der Anschlussplatte ausgeführt ist.
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Für
ein Widerstandselement, das als Einlage ausgeführt ist,
wird nur eine relativ geringe Menge an leitfähigem Kunststoff
benötigt. Das Widerstandselement kann im Großen
und Ganzen unabhängig von der Gesamtgestaltung der Anschlussplatte
konzipiert werden, so dass es beliebige Formen annehmen kann, vorzugsweise
jedoch einfache geometrische Formen. Solche einfachen geometrischen
Formen sind in der Regel problemlos zu fertigen und der elektrische
Widerstand eines solchen Widerstandselements lässt sich
einfach berechnen.
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Der
elektrische Anschluss ist von der Anschlussplatte gestützt,
was entweder unmittelbar oder mittelbar, d. h. heißt über
ein weiteres Element erfolgen kann.
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Der
elektrische Anschluss kann durch das Widerstandselement durchgeführt
sein. Dadurch ergibt sich ein zuverlässiger elektrischer
Kontakt zwischen dem elektrischen Anschluss und dem Widerstandselement.
Es wird auch für eine relativ gleichmäßige
Stromdichte innerhalb des Widerstandselements gesorgt, wodurch eine
inhomogene Erwärmung des Widerstandselements weitgehend
vermieden wird.
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Die
Anschlussplatte kann eine Schicht aus elektrisch leitfähigem
Material und eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material umfassen.
Durch die Schicht aus elektrisch leitfähigem Material kann
eine elektrische Verbindung von dem Widerstandselement zu einem
eigentlichen Masseanschlusspunkt des elektrischen Geräts
hergestellt werden. Das elektrisch leitfähige Material
ist vorzugsweise ein Metall, welches auch eine ausreichende mechanische Festigkeit
aufweist. Die Schicht aus elektrisch isolierendem Material kann
dazu dienen, verschiedene Bauteile des Elektromotors aufzunehmen
bzw. zu tragen, wie z. B. Bestandteile des Kommutators. Der Schicht
aus elektrisch isolierendem Material kann auch eine Dichtungsfunktion
zukommen.
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Gemäß einem
auf eine Ausführungsform der Erfindung bezogenen Aspekt
kann das Widerstandselement die Schicht aus elektrisch leitfähigem
Material kontaktieren. Dadurch wird ein definierter Strompfad innerhalb
des Widerstandselements erreicht. Dieser Strompfad innerhalb des
Widerstandselements erstreckt sich zwischen der Kontaktfläche
zwischen dem elektrischen Anschluss und dem Widerstandselement einerseits,
sowie der Kontaktfläche zwischen dem Widerstandselement
und der elektrisch leitfähigen Schicht der Anschlussplatte
andererseits. Die Kenntnis des Strompfades erleichtert die Berechnung
des Widerstandswerts des Widerstandselements. Diese Berechnung kann
entweder eine analytische Berechnung oder eine numerische Berechnung
sein.
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Das
Widerstandselement kann an die Anschlussplatte angespritzt sein.
Dies lässt sich fertigungstechnisch einfach und kostengünstig
realisieren. Durch Anspritzen eines Kunststoffteils an ein anderes
Teil aus einem beliebigen Material lässt sich eine feste
mechanische Verbindung zwischen diesen beiden Elementen herstellen.
Der Begriff „Anspritzen” schließt auch
ein Umspritzen ein in dem Sinne, dass das Widerstandselement den
elektrischen Leiter im Wesentlichen vollständig umgibt,
mit Ausnahme von extra freigehaltenen Kontaktzonen.
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Alternativ
kann das Widerstandselement an die Anschlussplatte montiert sein.
Es kann vorteilhaft sein, das Widerstandselement erst während
eines späteren Verfahrensschritts an die Anschlussplatte zu
montieren, beispielsweise um die Anschlussplatte je nach Anwendungsfall
mit unterschiedlichen Widerstandselementen konfektionieren zu können.
In diesem Fall kann die Montage beispielsweise während des
Zusammenbaus des Elektromotors erfolgen, indem das Widerstandselement
in die Anschlussplatte eingepresst oder eingeklebt wird, oder auf
sonstige Weise mit ihr verbunden wird.
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Das
Widerstandselement kann an den elektrischen Anschluss angespritzt
sein. Hierdurch wird eine gute elektrische und mechanische Verbindung erreicht.
Gegebenenfalls weist der elektrische Anschluss vor dem Anspritzen
Löcher oder Schlitze im Bereich des geplanten Anspritzens
auf, wodurch sich die Verbindung noch verbessern lässt,
da das Anspritzmaterial durch diese Löcher oder Schlitze
hindurchtritt und dann aushärtet.
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Die
Anschlussplatte und die Armatur können einstückig
ausgeführt sein. Dies bedeutet, dass der Elektromotor mittels
der Anschlussplatte, die auch die Armatur umfasst, an einer tragenden
Struktur befestigt werden kann. Durch die einstückige Ausbildung
ist somit auch eine elektrische Verbindung von dem Widerstandselement über
die elektrisch leitfähige Schicht der Anschlussplatte und
die Armatur bis zu der tragenden Struktur gewährleistet.
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An
der Anschlussplatte können Bürstenträger
zur Aufnahme von Bürsten ausgebildet oder angeordnet sein.
Dies verkürzt die Wege zwischen den elektrischen Anschlüssen
und den Bürsten, reduziert dadurch den Platzbedarf und
vermeidet gegebenenfalls zusätzliche Verdrahtungen.
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Das
Widerstandselement kann im Wesentlichen zylinderförmig
oder quaderförmig ausgebildet sein und die Längsachse
des Widerstandselements erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht
zu der Anschlussplatte.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer
Anschlussplatte für einen Elektromotor umfasst:
- – Spritzgießen eines Hauptkörpers
der Anschlussplatte aus einem elektrisch nichtleitfähigen
Kunststoff; und
- – Anbringen eines Einsatzes aus elektrisch leitfähigem
Kunststoff an dem Hauptkörper.
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Der
Einsatz wird mit dem Anbringen an dem Hauptkörper zu einem
Bestandteil des Hauptkörpers. Das Anbringen kann auf unterschiedliche
Weise erfolgen, beispielsweise durch Anspritzen, Einpressen, Ankleben
oder ähnlichem.
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Das
Anbringen des Einsatzes kann in einem Anspritzen des Einsatzes oder
einem Einlegen des Einsatzes bestehen.
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Diese
und weitere Aspekte der Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden
Beschreibung einer ihrer Ausführungsformen.
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1 zeigt
eine aufgebrochene Seitenansicht eines Elektromotors gemäß der
Erfindung,
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2 zeigt
eine Draufsicht auf eine Innenseite einer Anschlussplatte, die in
einem erfindungsgemäßen Elektromotor verwendet
werden kann.
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1 zeigt
einen Motor 100 in einer aufgebrochenen Seitenansicht.
Das Gehäuse 101 ist nur zur Hälfte dargestellt,
so dass das Innere des Motors 100 zu sehen ist. Der Elektromotor 100 umfasst
einen Rotor 102, der wiederum einen Anker und ein hier
schematisch dargestelltes Wicklungspaket umfasst. Das Gehäuse 101 wird
an einer seiner Stirnseiten von einer Anschlussplatte verschlossen.
Diese Anschlussplatte umfasst eine elektrisch leitfähige Schicht 103 und
eine elektrisch isolierende Schicht 104. Es wird jedoch
darauf hingewiesen, dass neben dieser Zwei-Schicht-Anordnung der
Anschlussplatte auch andere Gestaltungen zum Einsatz kommen können.
Der Motor umfasst in der in 1 dargestellten
Ausführungsform zwei elektrische Anschlüsse 105.
Jeder der elektrischen Anschlüsse 105 besteht aus
einem hier streifenförmigen Metallteil, das durch ein Widerstandselement 106 hindurchgeht.
Dabei sind der elektrische Anschluss 105 und das Widerstandselement 106 sowohl
in elektrischer als auch mechanischer Verbindung. Dadurch wird der
elektrische Anschluss 105 von dem Widerstandselement 106 gestützt
bzw. gehalten und an der Grenzfläche zwischen elektrischem
Anschluss 105 und Widerstandselement 106 können
Ströme fließen. Der Klarheit halber wird erwähnt,
dass die durch die Grenzfläche von dem elektrischen Anschluss 105 zum
Widerstandselement 106 fließenden Ströme
in der Regel nur Leckströme und damit sehr viel kleiner
sind, als die in Längsrichtung des elektrischen Anschlusses 105 fließenden
Ströme, die zum Betrieb des Elektromotors gedacht sind.
Die zwischen dem elektrischen Anschluss 105 und dem Widerstandselement 106 fließenden
Ströme fließen durch das Widerstandselement hindurch
und treten an der Grenzfläche zwischen dem Widerstandselement 106 und
elektrisch leitfähiger Schicht 103 in diese elektrisch
leitfähige Schicht 103 über. Von dort
werden sie zu einem Masseanschluss bzw. einem Befestigungsflansch
des Elektromotors weitergeleitet, von wo aus sie der Masse bzw.
der Erde zugeführt werden. Der Befestigungspunkt ist in 1 bei
der Armatur 107 dargestellt. Der Elektromotor 100 umfasst
zwei derartige Armaturen 107. Jede der Armaturen 107 weist
in der dargestellten Ausführungsform ein Befestigungsloch zur
Aufnahme eines Befestigungsmittels, beispielsweise einer Schraube,
auf.
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Zwischen
dem elektrischen Anschluss 105 und der elektrisch leitfähigen
Schicht 103 der Anschlussplatte besteht hingegen keine
unmittelbare elektrische und/oder mechanische Verbindung (d. h. außer über
das jeweilige Widerstandselement 106), sondern in der elektrisch
leitfähigen Schicht 103 ist eine genügend
große Aussparung vorgesehen, so dass der elektrische Anschluss 105 durch
sie hindurch treten kann, ohne sie zu kontaktieren. Dadurch wird
ein direkter Kurzschluss unter Umgehung des Widerstandselements 106 vermieden.
Zur Erhöhung der Sicherheit kann noch vorgesehen werden,
dass die Aussparung mit elektrisch isolierendem Material ausgefüllt
wird.
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2 zeigt
eine Ansicht einer Anschlussplatte 103, 104. Die
beiden elektrischen Anschlüsse 105 treten auf
der hier dargestellten Innenseite der Anschlussplatte aus dem/den
Widerstandselement(en) 106 aus. Die elektrischen Anschlüsse 105 sind über
einen elektrischen Leiter mit einer entsprechenden Bürste 110 von
zwei Bürsten verbunden. Jede der Bürsten 110 wird
von einem entsprechenden Bürstenhalter 111 gestützt,
in welchem sie verschiebbar angeordnet und gegebenenfalls federbeaufschlagt
ist. Die Bürsten 110 kontaktieren einen Kommutatorring 112,
mit dem sie einen Kommutator einer Gleichstrommaschine bilden.
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Das
leitfähige Kunststoffmaterial erlaubt es, dass ein Widerstandselement
an der Bürstenhalterplatte angebracht, angespritzt oder überspritzt
wird, wodurch bereits die elektrische Verbindung der Spannungsversorgungsanschlüsse
zur Masse hergestellt wird, ohne dass ein extra Löt- oder
Schweißprozess erforderlich ist. Die Verbindung mit der
Masse wird erreicht durch eine Metallplatte 103, die auf der
Bürstenhalteplatte montiert ist, oder durch die Bürstenhalteplatte
selbst, welche eine geeignete elektrische Leiterstruktur bis zur
Armatur 107, das heißt bis zur elektrischen Masse,
aufweist.
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Der
Widerstandswert des Widerstandselements kann geändert werden,
entweder durch Verwendung eines anderen leitfähigen Kunststoffes,
der einen unterschiedlichen Anteil elektrisch leitfähiger Bestandteile
aufweist, oder durch Verändern der Größe
und Form des Widerstandselements.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird
beispielsweise zunächst die elektrisch isolierende Schicht 104 der
Anschlussplatte durch ein Spritzgussverfahren geformt. Anschließend
werden die Widerstandselemente 105 entweder direkt in die
bereits spritzgegossene elektrisch isolierende Schicht 104 eingespritzt,
wobei ein elektrisch leitfähiger Kunststoff verwendet wird,
oder die Widerstandselemente 106 werden separat spritzgegossen
und anschließend in dafür vorgesehene Aufnahmen
der Anschlussplatte eingefügt. Anstelle der Verwendung eines
Spritzgussverfahrens kann insbesondere für die Widerstandselemente
auch ein anderes Fertigungsverfahren verwendet werden, z. B. Strangpressen,
Ausstanzen usw.
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Obwohl
die Erfindung in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung
detailliert dargestellt und beschrieben wurde, sind diese Darstellung
und die Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und
nicht als einschränkend anzusehen; die Erfindung ist nicht
auf das offenbarte Ausführungsbeispiel beschränkt.
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Zum
Beispiel müssen die Widerstandselemente 106 nicht
als durchgehende Einsätze ausgeführt sein, sondern
könnten an nur einer Seite der Anschlussplatte, beispielsweise
der Innenseite, vorhanden sein. Auch die Anzahl und Form der Widerstandselemente 106 kann
variieren, so dass beispielsweise Widerstandselemente mit rechteckigem,
dreieckigem oder nierenförmigem Querschnitt vorgesehen sein
können. Gleichermaßen kann für einen
oder mehrere der elektrischen Anschlüsse auf ein Widerstandselement
verzichtet werden, wenn dies als nicht notwendig angesehen wird.
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Andere
Abänderungen der dargestellten Ausführungsform
können von Fachleuten verstanden und durchgeführt
werden, die sich aus der Anwendung der beanspruchten Erfindung,
der Betrachtung der Zeichnungen, dem Lesen der Beschreibung und den
anhängenden Ansprüchen ergeben. In den Ansprüchen
schließt das Wort ”umfassend” nicht andere
Elemente oder Schritte aus und der unbestimmte Artikel ”ein”/”eine” schließt
nicht die Mehrzahl aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen
sollten nicht als eine Einschränkung des Schutzbereichs
verstanden werden.
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- 100
- Motor
- 101
- Gehäuse
- 102
- Rotor
- 103
- elektrisch
leitfähige Schicht der Anschlussplatte
- 104
- elektrisch
isolierende Schicht der Anschlussplatte
- 105
- elektrischer
Anschluss
- 106
- Widerstandselement
- 107
- Armatur
- 110
- Bürste
- 111
- Bürstenträger
- 112
- Kommutatorring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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