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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Klemmkontakt zur elektrischen Kontaktierung elektrischer Bauelemente. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Klemmkontakt für einen Bürstenhalter einer elektrischen Maschine, mittels welchem Entstörelemente elektrisch kontaktiert und gleichzeitig mit der elektrischen Peripherie (z. B. einem Polgehäuse) elektrisch verbunden werden können.
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Die
EP 2 093 806 A1 ,
DE 10 2011 081 329 A1 ,
DE 10 2012 006 499 A1 ,
DE 198 58 627 A1 ,
DE 44 30 225 C2 und die
DE 10 2011 054 424 A1 zeigen Ausführungsformen gemäß der Gattung der unabhängigen Ansprüche. Das Kommutierungssystem von DC-Motoren umfasst die Komponenten ”Kommutator” und ”Bürsten”. Die Bürsten laufen auf der Kommutatoroberfläche. Der Kommutator besteht aus einzelnen Kommutatorlamellen. Verlässt eine Bürste eine Lamelle, so erfolgt die Stromwendung („Kommutierung”). Auf diese Weise kann die Stromrichtung innerhalb einer Wicklung der elektrischen Maschine umgedreht werden. Hierbei entstehen Gasentladungen mit sehr steilen Stromanstiegszeiten und durch diese hochfrequente Störabstrahlung. Dieser Mechanismus ist jedem Kommutierungsmotor zu Eigen. Üblicherweise erfolgt die Entstörung durch Entstörfilterbauelemente, welche je nach Anforderung Entstörkondensatoren und/oder Entstörinduktivitäten, insbesondere in Verbindung mit Ohmschen Widerständen, sind. Ein Problem des Standes der Technik besteht darin, dass die Entstörfilterbauelemente impedanzarm mit einer elektrischen Peripherie zu verbinden sind. Stoffschlüssige Verbindungen (z. B. Löten, Schweißen etc.) bedeuten einen erheblichen Aufwand in der Fertigung, den es erfindungsgemäß zu vermeiden gilt. Ungesicherte Klemmvorrichtungen bieten hingegen deutlich höhere Übergangswiderstände und unzureichend Schutz gegen im Betrieb auftretende Vibrationen, welche zum Lösen der elektrischen Verbindung führen können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Klemmkontakt zur elektrischen Kontaktierung von elektrischen Bauelementen – insbesondere Entstörelemente in einem Bürstenhalter einer elektrischen Maschine – anzugeben, mittels welchem die Bauelemente einfach und vibrationssicher elektrisch kontaktiert und gleichzeitig mit der elektrischen Peripherie verbunden werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Klemmkontakt zur elektrischen Kontaktierung elektrischer Bauelemente gelöst. Der Klemmkontakt weist einen Führungsabschnitt zur Positionierung des Klemmkontaktes in einer ersten Peripherie auf. Dabei ist der Führungsabschnitt eingerichtet, eine Festlegung innerhalb einer Kavität oder einer anderen Befestigungseinrichtung innerhalb der ersten Peripherie zu ermöglichen. Weiter weist der erfindungsgemäße Klemmkontakt eine erste Klemmbacke und eine zweite Klemmbacke zum Einklemmen mindestens eines Anschlusses eines elektrischen Bauelements der ersten Peripherie auf. Das elektrische Bauelement kann beispielsweise ein Entstörbauelement sein, dessen Anschlussdraht aus einem Bürstenhalter einer Gleichstrommaschine als erste Peripherie hervorsteht. Ein Federkontaktbereich ist zur elektrischen Kontaktierung einer zweiten elektrischen Peripherie des erfindungsgemäßen Klemmkontaktes unter mechanischer Vorspannung vorgesehen. Die zweite elektrische Peripherie kann beispielsweise ein Polgehäuse einer elektrischen Maschine sein, dessen Bürstenhalter den Führungsabschnitt des erfindungsgemäßen Klemmkontaktes aufnimmt. Erfindungsgemäß ist der Federkontaktbereich eingerichtet, die erste Klemmbacke und die zweite Klemmbacke relativ zueinander zu drücken, wenn der Klemmkontakt in der zweiten Peripherie angeordnet wird. Mit anderen Worten kann bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Klemmkontaktes in einer ersten und zweiten Peripherie eine äußere Kraft auf den Federkontaktbereich dazu führen, dass die erste Klemmbacke und die zweite Klemmbacke zueinander vorgespannt werden und bleiben, solange der Klemmkontakt bestimmungsgemäß zwischen der ersten Peripherie und der zweiten Peripherie angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine einfache und zuverlässige elektrische Kontaktierung der elektrischen Bauelemente ermöglicht.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Bevorzugt ist der Federkontaktbereich eingerichtet, die erste Klemmbacke und die zweite Klemmbacke relativ zueinander zu drücken, wenn der Klemmkontakt in die zweite Peripherie eingeführt wird, während der Führungsabschnitt in der ersten Peripherie angeordnet ist. Dabei wird über den Führungsabschnitt und den Federkontaktbereich eine Druckkraft auf den Klemmkontakt ausgeübt, welche eine zuverlässige Vorspannung auf die Anschlüsse der elektrischen Bauelemente erzeugt und eine anderweitige Fixierung derselben innerhalb des Klemmkontaktes sowie des Klemmkontaktes selbst innerhalb der ersten und zweiten Peripherie erübrigt.
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Weiter bevorzugt umfasst der Federkontaktbereich eine Vielzahl Kontaktabschnitte, welche jeweils eingerichtet sind, die zweite Peripherie aufgrund einer mechanischen Vorspannung des Federkontaktbereiches elektrisch leitfähig zu kontaktieren. Mit anderen Worten sind die Kontaktabschnitte im Stande, in gewissem Maße voneinander unabhängige Federwege gegenüber der zweiten Peripherie zu verwirklichen. Auf diese Weise ist es möglich, nicht ideal an die Form des Federkontaktbereichs angepasste Strukturen der zweiten Peripherie zuverlässig elektrisch zu kontaktieren.
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Eine besonders einfache Gestalt für den erfindungsgemäßen Klemmkontakt ergibt sich, wenn der Führungsabschnitt die erste Klemmbacke umfasst. Mit anderen Worten kann der Führungsabschnitt als erste Klemmbacke zum Kontaktieren des Anschlusses des elektrischen Bauelementes verwendet werden.
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Eine zusätzliche oder alternative Vereinfachung ergibt sich, wenn der Federkontaktbereich die zweite Klemmbacke umfasst oder eine Verlängerung der zweiten Klemmbacke darstellt. Mit anderen Worten kann ein erster Abschnitt des Klemmkontaktes als Klemmbacke zur Fixierung des Anschlusses des elektrischen Bauelementes und ein zweiter Abschnitt des Klemmkontaktes, der sich an den ersten Abschnitt anschließt, als Federkontaktbereich ausgestaltet sein.
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Bevorzugt umfasst der erfindungsgemäße Klemmkontakt weiter eine Rastnase, welche zur Positionierung und insbesondere Fixierung des Klemmkontaktes in der ersten Peripherie eingerichtet ist. Die Rastnase kann dabei eine aus einer Ebene des Führungsabschnitts hervorstehende Struktur sein, mittels welcher eine korrespondierende Struktur der ersten Peripherie bei der Montage des Klemmkontaktes hinterschnitten wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Rastnase elastisch ausgestaltet sein, um Toleranzen zwischen dem Führungsabschnitt und der Kavität, in welcher er angeordnet ist, auszugleichen. Auf diese Weise können weitere Funktionen für eine einfache und kostengünstige Verbindung der elektrischen Bauelemente mit der ersten Peripherie verwirklicht werden.
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Bevorzugt ist der Klemmkontakt als einstückiges (häufig als „integral gefertigt” bezeichnet) Metallteil ausgeführt. Dieses kann beispielsweise aus einem Metallblech als Stanzteil hergestellt sein. Insbesondere bevorzugt kann der erfindungsgemäße Klemmkontakt aus dem Stanzteil bestehen. Dies ermöglicht eine kostengünstige und einfache Fertigung.
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Gemäß einem Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Klemmkontaktes kann die erste Peripherie ein Bürstenhalter einer elektrischen Maschine sein. Wie eingangs beschrieben, ist im Bürstenhalter eine elektrische Kontaktierung von Entstörelementen als elektrische Bauelemente erforderlich, um die Entstörelemente mit der elektrischen Peripherie des Börstenhalters bzw. der elektrischen Maschine zu verbinden. Auf diese Weise können die Vorteile des erfindungsgemäßen Klemmkontaktes auch bei der Konstruktion und Herstellung einer elektrischen Maschine verwirklicht werden.
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Dabei kann die zweite Peripherie das Polgehäuse der elektrischen Maschine sein. Üblicherweise werden die Entstörelemente der elektrischen Maschine elektrisch mit dem Polgehäuse derselben elektrischen Maschine verbunden, welche der elektrischen Masse entspricht. Bei der Fertigung der elektrischen Maschine kann somit durch Einsetzen eines erfindungsgemäßen Klemmkontaktes in den Bürstenhalter und anschließendes Einführen des Bürstenhalters in das Polgehäuse ein kostengünstiger, einfacher und zuverlässiger elektrischer Kontakt zwischen den Entstörelementen und dem Polgehäuse hergestellt werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Maschine, umfassend einen Bürstenhalter, vorgeschlagen. In dem Büstenhalter ist ein Führungsabschnitt eines erfindungsgemäßen Klemmkontaktes angeordnet, wie er obenstehend in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt eingehend diskutiert worden ist. Zusätzlich ist der Federkontaktbereich des Klemmkontaktes bei der Fertigung der elektrischen Maschine in elektrisch leitfähigen Kontakt mit dem Polgehäuse gelangt, so dass der erfindungsgemäße Klemmkontakt unter Vorspannung zwischen dem Polgehäuse und dem Bürstenhalter steht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnittes eines Bürstenhalters und eines noch nicht montierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Klemmkontaktes;
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2 eine der Darstellung in 1 entsprechende Anordnung mit einem eingesetzten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Klemmkontaktes;
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3 ein Schaltbild einer Anordnung zum Betrieb einer elektrischen Maschine mit Visualisierung der Position des erfindungsgemäßen Klemmkontaktes;
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4 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Klemmkontaktes vor dem Anordnen im Polgehäuse;
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5 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Klemmkontaktes nach dem Anordnen im Polgehäuse;
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6 eine seitliche Ansicht eines erfindungsgemäßen Klemmkontaktes zur Veranschaulichung des Vorgangs der Einbringung in das Polgehäuse;
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7 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Klemmkontaktes sowie zweier elektrischer Bauelemente,
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8 eine perspektivische Darstellung von unten entsprechend der in
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7 gezeigten Anordnung in einem Polgehäuse; und
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9 eine schematische Draufsicht auf drei Kontaktabschnitte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Klemmkontaktes bei der Kontaktierung eines Polgehäuses.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Bürstenhalters 100, über welchem ein erfindungsgemäßer Klemmkontakt 1 angeordnet ist. Der Klemmkontakt 1 umfasst einen im Wesentlichen plattenförmigen Führungsabschnitt 4, aus welchem zwei Rastnasen 8 als Ausklinkungen hervorragen. Über einen schmalen Verbindungssteg 9 ist der Führungsabschnitt 4 mit einem Federkontaktbereich 7 verbunden. An seinem distalen Ende weist der Federkontaktbereich 7 drei Kontaktabschnitte 71, 72, 73 auf, welche durch Buchten 74 mit im Wesentlichen parallelen Kanten voneinander getrennt werden. Ein Teil des Führungsabschnittes 4 übernimmt die Funktion einer ersten Klemmbacke 5. Der Klemmbacke 5 gegenüberliegend ist ein Bereich des Federkontaktbereiches 7 als zweite Klemmbacke 6 ausgestaltet. Der Führungsabschnitt 4 und die Haupterstreckungsrichtung des Federkontaktbereiches 7 sind dabei trichterförmig zueinander angeordnet, so dass ein Einfädeln von Anschlüssen 21, 31 von (nicht dargestellten) elektrischen Bauelementen prozesssicher durchgeführt werden kann. Die Anschlüsse 21, 31 werden teilweise von einem Kragen 10 umschlossen, welcher zur Aufnahme des Führungsabschnittes 4 eingerichtet ist. Dabei sind die Rastnasen 8 eingerichtet, den Führungsabschnitt 4 innerhalb des Kragens 10 zu positionieren und zu fixieren.
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2 zeigt die in 1 dargestellte Anordnung aus einer alternativen Perspektive, nachdem der erfindungsgemäße Klemmkontakt 1 in den Bürstenhalter 100 bzw. in dessen Kragen 10 eingeschoben worden ist. Dabei sorgen die Rastnasen 8 gegenüber dem Kragen 10 für eine Vorspannung der ersten Klemmbacke 5 in Richtung der Anschlüsse 21, 31. Die Anschlüsse 21, 31 sind nun zwischen der ersten Klemmbacke 5 und der zweiten Klemmbacke 6 angeordnet. Eine Vorspannung der ersten Klemmbacke 5 gegenüber der zweiten Klemmbacke 6 hat sich in der gezeigten Darstellung hingegen noch nicht eingestellt.
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3 veranschaulicht in einem Schaltbild zum Betrieb einer elektrischen Maschine 11 die elektrische Position des erfindungsgemäßen Klemmkontaktes 1. Der Rotor M wird symbolisch durch zwei Bürsten 12a, 12b kontaktiert, über welche eine Spule des Rotors mit elektrischer Energie versorgt wird. An die Bürsten schließen sich jeweils Induktivitäten L1, L2 an, deren zweiter Anschluss mit einer elektrischen Versorgungsspannung I; II elektrisch verbunden ist. Zwischen dem jeweiligen zweiten Anschluss der Induktivitäten L1, L2 und dem Polgehäuse 50 der elektrischen Maschine 11 ist eine Parallelschaltung aus einer jeweiligen Kapazität Cy1, Cy2 sowie einem Ohmschen Widerstand R1, R2 vorgesehen. Gestrichelt sind die Bauelemente umrandet, welche dem erfindungsgemäß ausgestalteten Bürstenhalter 100 zugehören.
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4 zeigt eine Seitenansicht, in welcher eine relative Anordnung eines erfindungsgemäßen Klemmenkontaktes 1, eines elektrischen Bauelements 2 sowie eines Polgehäuses 50 vor einem Einsetzen des erfindungsgemäßen Klemmenkontaktes 1 in das Polgehäuse 50 hervorgeht. Zwischen einer ersten Klemmbacke 5 und einer zweiten Klemmbacke 6 des Klemmkontaktes 1 ist der Anschluss 21 des elektrischen Bauelements 2 angeordnet. Da das Polgehäuse 50 den Federkontaktbereich 7 noch nicht in Richtung des Führungsabschnitts 4 drückt, ist der Anschluss 21 noch nicht durch die Klemmbacken 5, 6 fixiert.
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5 zeigt die nach dem Einführen des Klemmkontaktes 1 in das Polgehäuse 50 bestehende Anordnung. Indem das Polgehäuse 50 den Federkontaktbereich 7 in Richtung des Führungsabschnitts 4 drückt, wird die zweite Klemmbacke 6 in Richtung der ersten Klemmbacke 5 gedrückt, wodurch der Anschluss 21 des elektrischen Bauelements 2 elektrisch kontaktiert und fixiert wird.
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6 zeigt eine Kombination der in den 4 und 5 dargestellten Anordnungen. Dabei symbolisieren die Positionen A eine Stellung der jeweiligen Elemente vor einem Einführen des Klemmkontaktes 1 in das Polgehäuse 50 und die Positionen B die Situation nach einem Einführen des Klemmkontaktes 1 in das Polgehäuse 50. Durch Blitze 60, 61 sind elektrische Kontaktstellen zwischen dem Anschluss 21 und den Klemmbacken 5, 6 zur Veranschaulichung hervorgehoben. Pfeile P1, P2 veranschaulichen die Bewegung des Polgehäuses 50 bzw. des Federkontaktbereiches 7 im Zuge der Montage (Bewegung A → B).
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7 zeigt eine im Wesentlichen mit der in 1 vorgestellten Anordnung korrespondierende Darstellung eines erfindungsgemäßen Klemmkontaktes 1, wobei jedoch zusätzlich die elektrischen Bauelemente in Form eines Ohmschen Widerstandes 2 sowie eines Kondensators 3 nebst ihrer Anschlüsse 21, 31 erkennbar sind. Dabei ist der Federkontaktbereich 7 bzw. der Bereich zwischen der ersten Klemmbacke 5 und der zweiten Klemmbacke 6 hinreichend breit ausgeführt, dass die Anschlüsse 21, 31 nebeneinander im Klemmkontakt 1 fixiert werden können.
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8 zeigt die in Verbindung mit 7 dargestellte Anordnung von unten. Zusätzlich ist dabei das Polgehäuse 50 schematisch dargestellt. Die Kontaktabschnitte 71, 72, 73 des Federkontaktbereiches 7 weisen symbolhaft dargestellte Kontaktstellen 710, 711 bzw. 720, 721 bzw. 730, 731 mit dem Polgehäuse 50 auf. Insofern, als das Polgehäuse 50 hinsichtlich des erfindungsgemäßen Klemmkontaktes 1 eine konkave Oberfläche aufweist, können mehr Kontaktstellen 710, 711 bzw. 720, 721 bzw. 730, 731 realisiert werden, als dies bei einem ohne Kontaktabschnitte 71, 72, 73 ausgeführten Federkontaktbereich 7 der Fall wäre. Dies ermöglicht eine geringere Impedanz (Übergangswiderstand) zwischen dem Klemmkontakt 1 und dem Polgehäuse 50.
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9 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Kontaktierung zwischen den Kontaktabschnitten 71, 72, 73 und dem Polgehäuse 50. Erkennbar liegen die Kontaktabschnitte 71, 72, 73 senkrecht zum Radius des Polgehäuses 50 mit jeweils zwei Kontaktstellen 710, 711 bzw. 720, 721 bzw. 730, 731 an. Diese relative Lage kann einerseits durch eine vorab vollzogene Verformung der Abschnitte 71, 72, 73 hergestellt werden. Andererseits ist eine Verformung der Kontaktabschnitte 71, 72, 73 im Zuge einer Montage des Klemmenkontakts 1 in dem Polgehäuse 50 möglich. Mit anderen Worten können sich die Kontaktabschnitte 71, 72, 73 des Federkontaktbereichs 7 erst aufgrund der Vorspannung zwischen dem Polgehäuse 50 und dem Federkontaktbereich 7, wie dargestellt, an die Innenseite des Polgehäuses 50 anschmiegen.
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Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
