DE102010064321A1 - Commutator and manufacturing process for it and electric machine - Google Patents

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DE102010064321A1
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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Kommutators (3) für einen Anker (2) einer elektrischen Maschine (1) beschrieben, gemäß dem Kommutatorlamellen (6) in einer Pressmasse (7) zu einem zylindrischen Körper verpresst werden und anschließend der Kommutator (3) mit einer Kommutatoroberfläche (9) und einer Stirnfahnenfläche (32) auf eine definierte Soll-Rauheit (R) abgedreht wird. Um eine höhere Lebensdauer des Kommutators und somit einer elektrischen Maschine möglichst konstengünstig zu erzielen, werden geometrisch definierte Mikrostrukturen als Kerben (10x) in die Kommutatoroberfläche (9) eingearbeitet.The invention relates to a method for producing a commutator (3) for an armature (2) of an electrical machine (1), according to which commutator lamellae (6) are pressed into a cylindrical body in a molding compound (7) and then the commutator (3) is turned to a defined target roughness (R) with a commutator surface (9) and a face lug surface (32). In order to achieve a longer service life of the commutator and thus of an electrical machine as economically as possible, geometrically defined microstructures are worked into the commutator surface (9) as notches (10x).

Description

Stand der TechnikState of the art

Der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Kommutators für einen Anker einer elektrischen Maschine, gemäß dessen Kommutatorlamellen in einer Pressmasse zu einem zylindrischen Körper verpresst werden und anschließend der Kommutator mit einer Kommutatoroberfläche und einer Stirnfahnenfläche auf eine definierte Soll-Rauheit abgedreht wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Kommutator für einen Anker einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Startermotors, mit Kommutatorlamellen eingebettet in einer Pressmasse mit einer zylindrischen Form, wobei eine im Wesentlichen zylindrische Kommutatoroberfläche zum elektrischen Kontakt mit Bürsten der elektrischen Maschine mit einer definierten Rauheit ausgebildet ist. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine elektrische Maschine, insbesondere einen Startermotor einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug mit einem Anker und einem darauf angeordneten Kommutator.The invention relates to a method for producing a commutator for an armature of an electric machine, according to the commutator blades are pressed in a molding compound to a cylindrical body and then the commutator is turned off with a commutator and a face surface on a defined target roughness. The invention further relates to a commutator for an armature of an electrical machine, in particular a starter motor, embedded with Kommutatorlamellen in a molding compound having a cylindrical shape, wherein a substantially cylindrical Kommutatoroberfläche is formed for electrical contact with brushes of the electric machine with a defined roughness , The invention also relates to an electric machine, in particular a starter motor of an internal combustion engine in a vehicle with an armature and a commutator arranged thereon.

Es ist bekannt, elektrische Maschinen mit einem Anker und einem axial angeordneten Kommutator auszubilden. Die Lebensdauer einer elektrischen Maschine ist unter anderem vom Verschleißverhalten von Bürsten aus Kohlen, die auf einer Kommutatoroberfläche laufen und der Kommutatoroberfläche selbst geprägt. Die Kohlebürsten und die Kommutatoroberfläche mit Kommutatorlamellen sowie die Reibpartikel bilden ein tribologisches System der Kommutierung einer elektrischen Maschine, insbesondere bei einem Startermotor, das durch die mechanischen und thermischen Eigenschaften von Reibpartnern, die durch die Kohlebürste und Kommutatorlamellen bestimmt sind, signifikant beeinflusst werden. Auf der Kommutatoroberfläche bildet sich eine Patina aus, die sich im Wesentlichen aus einem Abrieb der beiden Reibpartner zusammensetzt, die unter Druck und Temperatur komprimiert werden. Dadurch wird ein Verschleißverhalten der Bürsten aus Kohle positiv beeinflusst, das heißt die Lebensdauer verlängert sich. Das Ausbilden der Patina ist abhängig von Einsatzbedingungen des Startermotors, das heißt sie ist abhängig von der Schaltzahl, der Bestromung, der Ankerdrehzahl und so weiter.It is known to form electrical machines with an armature and an axially arranged commutator. The life of an electric machine is influenced, among other things, by the wear behavior of brushes made of carbon, which run on a commutator surface and the commutator surface itself. The carbon brushes and the Kommutatoroberfläche with Kommutatorlamellen and the friction particles form a tribological system of commutation of an electric machine, especially in a starter motor, which are significantly influenced by the mechanical and thermal properties of friction partners, which are determined by the carbon brush and Kommutatorlamellen. On the Kommutatoroberfläche a patina forms, which is composed essentially of an abrasion of the two friction partners, which are compressed under pressure and temperature. As a result, the wear behavior of the brushes made of carbon is positively influenced, that is, the service life is extended. The formation of the patina depends on the conditions of use of the starter motor, that is, it depends on the number of switching, the current, the rotor speed and so on.

Außerdem sind folgende Stand der Technik-Dokumente zur Herstellung von Kommutatoroberflächen und Kommutatoren bekannt.In addition, the following prior art documents are known for the production of commutator surfaces and commutators.

Die DE 694 13 140 T2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Endbearbeitung von Kommutatoren, die eine Fertigung verkürzen. Die Kommutatoren haben eine rauhe Oberfläche. Diese Oberfläche wird durch einen Drehprozess geglättet.The DE 694 13 140 T2 describes a method and apparatus for finishing commutators that shorten fabrication. The commutators have a rough surface. This surface is smoothed by a turning process.

Die EP 2006 020 477 A beschreibt eine elektrische Maschine, deren Kommutatoroberfläche Unebenheiten aufweist, die durch Auftragung von Material geglättet wird.The EP 2006 020 477 A describes an electric machine whose commutator surface has unevenness, which is smoothed by application of material.

Die JP 2009 10 5997 A beschreibt ein Drehverfahren, um eine gleichmäßige Kommutatoroberfläche zu schaffen.The JP 2009 10 5997 A describes a turning process to create a uniform commutator surface.

Die EP 0632 548 A1 beschreibt ein Fertigungsverfahren für einen Kommutator, um eine zylindrische Form einer Kommutatoroberfläche auf eine bestimmte Rauheit fertigzustellen.The EP 0632 548 A1 describes a manufacturing method for a commutator to complete a cylindrical shape of a commutator surface to a certain roughness.

Die JP 2007 300 733 A beschreibt ein Herstellungsverfahren einer elektrischen Maschine, um getrennte Segmente in einem spannenden Verfahren auf der Kommutatoroberfläche zu schaffen.The JP 2007 300 733 A describes a manufacturing process of an electric machine to create separate segments in an exciting process on the commutator surface.

Die DE 2004 026 540 A1 beschreibt ein Herstellungsverfahren eines Kommutators.The DE 2004 026 540 A1 describes a manufacturing method of a commutator.

Es ist Aufgabe der Erfindung einen Kommutator, ein Herstellungsverfahren dafür und eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine höhere Lebensdauer des Kommutators und somit der elektrischen Maschine möglichst kostengünstig erzielt wird.It is an object of the invention to develop a commutator, a manufacturing method thereof and an electric machine of the type mentioned in such a way that a longer life of the commutator and thus the electric machine is achieved as inexpensively.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1, 9 und 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.According to the invention the object is achieved by the subject matter of claims 1, 9 and 10. The dependent claims define preferred embodiments of the invention.

Es ist ein Gedanke der Erfindung nach der bisher bekannten Herstellung eines Kommutators einen weiteren Verfahrensschritt einzuführen und zwar geometrisch definierte Mikrostrukturen als Kerben in die Kommutatoroberfläche einzuarbeiten. Dies hat den Vorteil, dass lokal eingebrachte Kerben die Ausbildung der Patina unterstützen. Die geometrisch definierten Mikrostrukturen in Form von Kerben wirken wie Schmierstofftaschen. Dadurch wird die Lebensdauer der Kohlebürsten und der Kommutatoroberfläche erhöht. Es sind größere mechanische Belastungen möglich, weil das tribologische System gefördert wird. Gemäß einem die Erfindung weiterbildenden Verfahren, wird jede Kerbe mit einer Mikrostruktur mit einer Kerbtiefe vom 1 bis 10-fachen einer, insbesondere mittleren, Rauheit der Kommutatoroberfläche, insbesondere mit einer Kerbbreite vom 1 bis 5-fachen der, insbesondere mittleren, Rauheit und besonders bevorzugt mit einer Kerblänge vom 1 bis 30-fachen der Kerbbreite eingearbeitet. Dies hat den Vorteil, dass ausreichende Kerben in die Oberfläche eingearbeitet werden, um das oben beschrieben tribologische System zu fördern.It is an idea of the invention according to the previously known production of a commutator to introduce a further process step, namely to incorporate geometrically defined microstructures as notches in the commutator. This has the advantage that locally introduced notches support the formation of the patina. The geometrically defined microstructures in the form of notches act like lubricant pockets. This increases the service life of the carbon brushes and the commutator surface. Larger mechanical loads are possible because the tribological system is promoted. According to a further development of the invention, each notch with a microstructure with a notch depth of 1 to 10 times a, in particular average, roughness of the commutator, in particular with a notch width of 1 to 5 times the, in particular average, roughness and particularly preferred with a notch length of 1 to 30 times the notched width incorporated. This has the advantage that sufficient notches are incorporated into the surface to promote the tribological system described above.

Um die Kerben möglichst definiert einzuarbeiten, werden die Kerben durch eine trennende Bearbeitung, insbesondere Drehen und/oder Fräsen, besonders bevorzugt durch Wirbelfräsen und/oder Außen-Rundfräsen und/oder ein Flying-Cutting-Verfahren eingearbeitet. Dabei kann das Werkzeug piezo aktorisch bewegt werden, um die Kerben einzubringen. Das Werkstück oder das Werkzeug kann rotieren. In order to incorporate the notches as defined as possible, the notches are incorporated by a separating machining, in particular turning and / or milling, more preferably by means of whirl milling and / or external round milling and / or a flying-cutting method. In this case, the tool can be piezo actuators moved to bring in the notches. The workpiece or tool can rotate.

Die Ausdehnung der Kerbe kann sich in Umfangsrichtung durch das Verhältnis von Drehfrequenz des Bauteils und Dauer des Eingriffs ergeben. Das zu erzeugende Muster ergibt sich aus dem Verhältnis von Drehfrequenz des Bauteils zur Anregungsfrequenz des Werkzeugs sowie aus der Vorschubbewegung des Werkzeugs in Bauteilachsrichtung, und außerdem beim Wirbelfräsen oder beim Außenrundfräsen ergibt sich das Muster aus der Zähnezahl des Werkzeugs.The extent of the notch may be circumferentially determined by the ratio of the rotational frequency of the component and the duration of the engagement. The pattern to be generated results from the ratio of the rotational frequency of the component to the excitation frequency of the tool as well as the feed movement of the tool in Bauteilachsrichtung, and also in the case of whirl milling or Außenrundfräsen the pattern results from the number of teeth of the tool.

Bei Kerben quer zur Bewegungsrichtung der Kohlebürsten kann bei einem stehenden Bauteil ein Furchprozess in Bauteilachsrichtung erzeugt werden. Die Ausdehnung der Kerbe in Achsrichtung ergibt sich aus dem Verhältnis von Vorschubgeschwindigkeit und Dauer des Eingriffs. Das zu erzeugende Muster ergibt sich durch den Drehwinkel des Bauteils zwischen zwei Furchprozessen und der axialen Position der Kerben.In the case of notches transverse to the direction of movement of the carbon brushes, a furrowing process in the direction of the component axis can be generated in the case of a stationary component. The extension of the notch in the axial direction results from the ratio of feed rate and duration of engagement. The pattern to be created is given by the angle of rotation of the component between two furrow processes and the axial position of the notches.

Um Kerben möglichst kostengünstig in hohen Stückzahlen mit einer möglichst kurzen Fertigungszykluszeit zu erzeugen, werden in die Kommutatoroberflächen Kerben gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform durch materialumformende Bearbeitung, insbesondere durch Rändeln und/oder Rollieren, eingearbeitet. Die Kerben sind also in der Haupterstreckung längst zur Bewegungsrichtung bezüglich der Bürsten ausgebildet. Eine solche Ausführungsform kann sich positiv auf das Reibverhalten des tribologischen Systems positiv auswirken.In order to produce notches as inexpensively as possible in high quantities with the shortest possible production cycle time, notches are worked into the commutator surfaces according to an alternative preferred embodiment by material-transforming machining, in particular by knurling and / or rolling. The notches are so long formed in the main extension to the direction of movement with respect to the brush. Such an embodiment can have a positive effect on the friction behavior of the tribological system.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind die Kerben quer zur Rotationsrichtung auf der Kommutatoroberfläche eingearbeitet. Dies hat den Vorteil, dass eine Ablagerung von Partikeln stabil erfolgen kann, da die Partikel durch die steilen Kernflanken gut gegen Kontakt mit den Bürsten geschützt sind. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Verschleiß lokal gleichmäßig über der Kontaktfläche und quer zur Rotationsrichtung erfolgt.According to an alternative embodiment, the notches are incorporated transversely to the direction of rotation on the commutator surface. This has the advantage that a deposition of particles can be stable, since the particles are well protected by the steep core flanks against contact with the brush. This embodiment has the advantage that the wear takes place locally uniformly over the contact surface and transversely to the direction of rotation.

Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform werden die Kerben auf der Kommutatoroberfläche kreisflächig, insbesondere durch Bohren ausgebildet. Die Kerben sind somit in der Außenoberfläche im Wesentlichen gleichmäßig und nicht mit oder quer zur Bewegungsrichtung längs gezogen. In den Schmierstofftaschen können sich somit gleichmäßig verteilte Partikel ansammeln, die als Schmiermittel dienen.According to a further alternative embodiment, the notches on the commutator surface are formed on a circular surface, in particular by drilling. The notches are thus substantially uniform in the outer surface and are not pulled longitudinally with or transverse to the direction of movement. In the lubricant pockets can thus accumulate evenly distributed particles that serve as a lubricant.

Um die Kerben in beliebiger Ausrichtung zur Bewegungsrichtung der Bürsten auszubilden, werden die Kerben durch thermische Strahlverfahren, insbesondere durch Laser-, Elektronenstrahlen oder durch Strahlspanen, besonders bevorzugt chemische oder elektrochemische Verfahren, insbesondere durch Erodieren erzeugt. Auch Wasserstrahlen oder Sandstrahlen können eingesetzt werden.In order to form the notches in any orientation relative to the direction of movement of the brushes, the notches are produced by thermal blasting processes, in particular by laser, electron beams or by blasting, particularly preferably chemical or electrochemical processes, in particular by erosion. Also water jets or sandblasting can be used.

Alternativ können die Kerben durch eine Kombination von oben beschriebenen Bearbeitungsverfahren hergestellt werden.Alternatively, the notches may be made by a combination of machining methods described above.

Die Aufgabe wird auch durch einen Kommutator dadurch gelöst, dass die Kommutatoroberfläche mit lokal geometrisch definierten Kerben mit einer Tiefe und einer Breite größer als die definierte mittlere Rauheit der Kommutatoroberfläche ausgebildet sind, wobei der Kommutator insbesondere nach einem oben beschriebenen Verfahren herstellbar ist. Ein derartiger Kommutator hat den Vorteil, dass er ein tribologisches System von Kommutatoroberfläche und Bürsten durch Ablagerung einer Patina fördert und somit die Lebensdauer einer elektrischen Maschine erhöht.The object is also achieved by a commutator in that the commutator surface are formed with locally geometrically defined notches having a depth and a width greater than the defined average roughness of the commutator surface, wherein the commutator can be produced in particular by a method described above. Such a commutator has the advantage that it promotes a tribological system of commutator surface and brush by depositing a patina and thus increases the life of an electrical machine.

Die Aufgabe wird auch durch eine elektrische Maschine, insbesondere eines Startermotors, mit einem oben beschriebenen Kommutator auf einem Anker gelöst. Gemäß einer besonderen Ausführungsform und einem besonderen Verfahren werden die Kerben in Rotationsrichtung auf der Kommutatorfläche eingearbeitet. Vorteil die Kerben wirken wie Schmierstofftaschen, und verhindern somit einen erhöhten Verschleiß von Bürsten und Kommutatoroberflächen, insbesondere den Kommutatorlamellen.The object is also achieved by an electric machine, in particular a starter motor, with a commutator described above on an anchor. According to a particular embodiment and a special method, the notches are incorporated in the direction of rotation on the commutator. Advantage of the notches act as lubricant pockets, and thus prevent increased wear of brushes and Kommutatoroberflächen, especially the commutator.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:

1 einen Ausschnitt eines Ankers einer elektrischen Maschine mit einem Kommutator, 1 a detail of an armature of an electrical machine with a commutator,

2 eine Kommutatoroberfläche vergrößert im μm-Bereich, 2 a commutator surface increases in the μm range,

3 die Kommutatoroberfläche mit einer erhöhten Kerbanzahl in Rotationsrichtung und 3 the Kommutatoroberfläche with an increased notch number in the direction of rotation and

4 einen vergrößerten Profilschnitt einer Kommutatoroberfläche mit einer Kerbe. 4 an enlarged profile section of a Kommutatoroberfläche with a notch.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die 1 zeigt einen Ausschnitt eines Ankers 2 einer elektrischen Maschine 1. Auf einem Ende des Ankers 2 ist ein Kommutator 3 angeordnet. Auf einer Kommutatoroberfläche 9 sind Bürsten 4 aus Kohle angeordnet, die gegen die Kommutatoroberfläche 9 mittels nicht dargestellten Federn gepresst werden. Die Kommutatoroberfläche 9 bildet zusammen mit den Bürsten 4 und Verschleißpartikeln der Bürste 4 und der Kommutatoroberfläche 9 ein tribologisches System. Die Kommutatoroberfläche 9 wird durch Kommutatorlamellen 6 und einer isolierenden Pressmasse 7 ausgebildet. Um eine hohe Genauigkeit der zylindrischen Kommutatoroberfläche 9 zu schaffen, wird die Kommutatoroberfläche 9 und Stirnfahnenflächen 32 beim Herstellen des Kommutators 3 durch einen zerspanenden Prozess abgedreht. Ein Armierring 8 hält stirnseitig die Kommutatorlamellen 6 in der Pressmasse 7 zusammen, um Zentrifugalkräften entgegenzuwirken. Der Anker 2 läuft in einem vereinfacht dargestellten Lager 12. Auf einer Ankerwelle 22 sind nicht dargestellte Ankerwicklungen, die einzeln mit den Kommutatorlamellen 6 elektrisch verbunden sind und der Kommutator 3 angeordnet.The 1 shows a section of an anchor 2 an electric machine 1 , On one end of the anchor 2 is a commutator 3 arranged. On a commutator surface 9 are brushes 4 arranged from coal, which is against the commutator surface 9 be pressed by means not shown springs. The commutator surface 9 make up together with the brushes 4 and wear particles of the brush 4 and the commutator surface 9 a tribological system. The commutator surface 9 is through commutator blades 6 and an insulating molding compound 7 educated. For a high accuracy of the cylindrical commutator surface 9 to create, the commutator surface 9 and brow pads 32 when making the commutator 3 turned off by a cutting process. A reinforcing ring 8th holds the front of the commutator blades 6 in the molding compound 7 together to counteract centrifugal forces. The anchor 2 runs in a simplified illustrated stock 12 , On an anchor shaft 22 are not shown armature windings, which individually with the commutator 6 are electrically connected and the commutator 3 arranged.

Erfindungsgemäß sind in einem zusätzlichem Verfahrensschritt Kerben 10x hier in Rotationsrichtung, das heißt in Bewegungsrichtung, in einem trennenden Bearbeitungsverfahren eingearbeitet worden. Die Kerben 10x sind auf der Kommutatoroberfläche 9 mit einer definierten geometrischen Mikrostruktur eingearbeitet und weisen eine Kerbtiefe 101 vom 1 bis 10-fachen der, insbesondere mittleren, Rauheit R der Kommutatoroberfläche 9 auf. Die Kerbbreite 102 ist auch das 1 bist 5-fache der, insbesondere mittleren, Rauheit R. Bevorzugt sind die Kerben 10x zueinander versetzt angeordnet. Die Kerben 10x bilden Schmierstofftaschen, in denen sich Verschleißpartikel absetzen können und diese somit das tribologische System ständig nachschmieren. Somit bildet sich eine Patina auf der Kommutatoroberfläche 9 aus, die einen erhöhten Verschleiß der Kohlebürsten 4 und der Kommutatoroberfläche 9 verhindert. Die in der 1 dargestellten Kerben 10x sind nicht vollständig, sondern nur beispielhaft dargestellt. Es versteht sich, dass sie die Kerben 10x auf der gesamten Oberfläche 9 der Kommutatorlamellen 6 befinden, auf der die Bürsten 4 laufen und die Kommutatorlamellen 6 kontaktieren. Die Kerben 10x bilden somit beipielsweise eine konkave Mikrostruktur und verbessern das tribologische System.According to the invention, notches are in an additional process step 10x here in the direction of rotation, that is, in the direction of movement, have been incorporated in a separating machining process. The scores 10x are on the commutator surface 9 incorporated with a defined geometric microstructure and have a notch depth 101 from 1 to 10 times the, in particular mean, roughness R of the commutator surface 9 on. The notch width 102 is also 1 to 5 times the, in particular average, roughness R. Preference is given to the notches 10x arranged offset from one another. The scores 10x form lubricant pockets in which wear particles can settle and thus relubricate the tribological system constantly. Thus, a patina forms on the commutator surface 9 out, which causes increased wear of the carbon brushes 4 and the commutator surface 9 prevented. The in the 1 notches shown 10x are not complete, but only exemplified. It is understood that they are the notches 10x on the entire surface 9 the commutator blades 6 located on the brushes 4 run and the commutator bars 6 to contact. The scores 10x Thus, for example, form a concave microstructure and improve the tribological system.

Die 2 zeigt eine vergrößerte Oberfläche einer Kommutatoroberfläche 9 mit fünf Kerben 10x. Die Kerben 10x haben eine Kerblänge 103 von circa dem 20-fachem der mittleren Rauheit R der Kommutatoroberfläche 9 und eine Kerbbreite 102 mit ungefähr dem 5-fachen der mittleren Rauheit R der Kommutatoroberfläche 9. Die Kerbtiefe 101 ist, beispielsweise 5 μm, wie sie in der 4 im Profil dargestellt ist.The 2 shows an enlarged surface of a commutator surface 9 with five notches 10x , The scores 10x have a score length 103 of about 20 times the mean roughness R of the commutator surface 9 and a notch width 102 with about 5 times the average roughness R of the commutator surface 9 , The notch depth 101 is, for example, 5 microns, as in the 4 is shown in profile.

Die 3 zeigt eine weitere besondere Ausführungsform der Kommutatoroberfläche 9 mit einer erhöhten Anzahl von Kerben 10x. Die Kerben 10x sind mit einer höheren Werkzeugdrehzahl im spanenden Verfahren eingearbeitet worden. Die Kerben 10x haben somit einen kurzen Abstand zueinander im Gegensatz zur 2. Ein kürzerer Abstand der Kerben 10x kann sich positiv auf das Reibverhalten auswirken.The 3 shows a further particular embodiment of the commutator surface 9 with an increased number of notches 10x , The scores 10x have been incorporated at a higher tool speed in the cutting process. The scores 10x thus have a short distance to each other in contrast to 2 , A shorter distance of the notches 10x can have a positive effect on the friction behavior.

Die 4 zeigt einen Profilschnitt durch die Kommutatoroberfläche 9 mit einer Kerbe 10x. Auf der x-Achse, der Abszisse, ist beispielsweise die axiale Achse der Ankerwelle 22 eingezeichnet und die y-Achse, die Ordinate, ist die radiale Achse des Kommutators 3. Beide Achsen haben die Einheit μm. Der maximale Rauheitswert R beträgt hier beispielsweise ca. 4,8 μm von der Spitze 91 bis zum Taltiefpunkt 92. In diese rauhe Oberfläche ist eine Kerbe 10x mit einer Kerbtiefe 101 von 7,4 μm eingearbeitet. Die Kerbbreite 102 ist hier circa 20 μm, sodass sich eine maximale Differenz von ca. 12 μm ergibt. Die Kerbe 10x ist elipsenförmig im Profil R mit einem Scheitel 100 an der tiefsten Stelle ausgebildet. Es versteht sich, dass die Kerben 10x sowohl in Rotationsrichtung als auch quer zur Rotationsrichtung ausgebildet sein können. In diesen Kerben 10x sammeln sich somit die Abriebspartikel 15, die als Schmiermittel zwischen Kommutatoroberfläche 9 und den Bürsten 4 wirken. Somit reduziert sich der Verschleiß der Reibpartner im tribologischem System. Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerische Darstellungen für die Erfindung als Wesentlich verwiesen.The 4 shows a profile section through the commutator surface 9 with a notch 10x , For example, on the x-axis, the abscissa, is the axial axis of the armature shaft 22 is plotted and the y-axis, the ordinate, is the radial axis of the commutator 3 , Both axes have the unit μm. The maximum roughness value R here is for example about 4.8 microns from the top 91 to the valley low point 92 , In this rough surface is a notch 10x with a notch depth 101 of 7.4 microns incorporated. The notch width 102 here is about 20 microns, so that there is a maximum difference of about 12 microns. The score 10x is elliptical in profile R with a vertex 100 formed at the lowest point. It is understood that the notches 10x can be formed both in the direction of rotation and transverse to the direction of rotation. In these notches 10x thus accumulate the abrasion particles 15 acting as a lubricant between the commutator surface 9 and the brushes 4 Act. This reduces the wear of the friction partners in the tribological system. All figures show only schematic not to scale representations. Moreover, reference is made in particular to the drawings for the invention as essential.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 69413140 T2 [0004] DE 69413140 T2 [0004]
  • EP 2006020477 A [0005] EP 2006020477 A [0005]
  • JP 2009105997 A [0006] JP 2009105997 A [0006]
  • EP 0632548 A1 [0007] EP 0632548 A1 [0007]
  • JP 2007300733 A [0008] JP 2007300733 A [0008]
  • DE 2004026540 A1 [0009] DE 2004026540 A1 [0009]

Claims (10)

Verfahren zum Herstellen eines Kommutators (3) für einen Anker (2) einer elektrischen Maschine (1), gemäß dessen Kommutatorlamellen (6) in einer Pressmasse (7) zu einem zylindrischen Körper verpresst werden und anschließend der Kommutator (3) mit einer Kommutatoroberfläche (9), und einer Stirnfahnenfläche (32) auf eine definierte Soll-Rauheit (R) abgedreht wird, wobei geometrisch definierte Mikrostrukturen als Kerben (10x) in die Kommutatoroberfläche (9) eingearbeitet werden.Method for producing a commutator ( 3 ) for an anchor ( 2 ) an electric machine ( 1 ), according to the commutator blades ( 6 ) in a molding compound ( 7 ) are pressed into a cylindrical body and then the commutator ( 3 ) with a commutator surface ( 9 ), and a Stirnfahnenfläche ( 32 ) is turned off to a defined nominal roughness (R), wherein geometrically defined microstructures are used as notches ( 10x ) into the commutator surface ( 9 ) are incorporated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kerbe (10x) mit einer Mikrostruktur mit einer Kerbtiefe (101) vom 1 bis 10-fachen der, insbesondere mittleren, Rauheit (R) der Kommutatoroberfläche (9), insbesondere mit eine Kerbbreite (102) vom 1 bis 5-fachen der, insbesondere mittleren, Rauheit (R), besonders bevorzugt mit einer Kerblänge vom 1 bis 30-fachen der Kerbbreite (102), eingearbeitet wird.Method according to claim 1, characterized in that each notch ( 10x ) having a microstructure with a notch depth ( 101 ) from 1 to 10 times the, in particular average, roughness (R) of the commutator surface ( 9 ), in particular with a notch width ( 102 ) from 1 to 5 times the, in particular average, roughness (R), particularly preferably with a notch length of 1 to 30 times the notch width ( 102 ) is incorporated. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerben (10x) durch trennende Bearbeitung, insbesondere Drehen und/oder Fräsen, besonders bevorzugt durch Wirbelfräsen und/oder Außen-Rundfräsen und/oder im Flying-Cutting-Verfahren eingearbeitet werden.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the notches ( 10x ) by cutting machining, in particular turning and / or milling, particularly preferably be incorporated by whirl milling and / or external circular milling and / or in the flying-cutting process. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerben (10x) durch materialumformende Bearbeitung der Kommutatoroberfläche (9), insbesondere Rändeln und/oder Rollieren, eingearbeitet werden.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the notches ( 10x ) by material-transforming processing of the commutator surface ( 9 ), in particular knurling and / or rolling, are incorporated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerben (10x) in Rotationsrichtung auf der Kommutatoroberfläche (9) eingearbeitet werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the notches ( 10x ) in the direction of rotation on the commutator surface ( 9 ) are incorporated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerben (10x) quer zur Rotationsrichtung auf der Kommutatoroberfläche (9) eingearbeitet werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the notches ( 10x ) transverse to the direction of rotation on the commutator surface ( 9 ) are incorporated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerben (10x) kreisflächig, insbesondere durch Bohren, ausgebildet werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the notches ( 10x ) are circular, in particular by drilling, are formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerben (10x) durch thermische Strahlverfahren, insbesondere durch Laser-, Elektronenstrahlen oder durch Strahlspanen, besonders bevorzugt durch chemische oder elektrochemische Verfahren, insbesondere durch Erodieren, erzeugt werden, wobei insbesondere die Kerben (10x) durch eine Kombination von Bearbeitungsverfahren, besonders bevorzugt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, hergestellt werden.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the notches ( 10x ) are produced by thermal blasting processes, in particular by laser, electron beams or by blasting, more preferably by chemical or electrochemical processes, in particular by erosion, in particular the notches ( 10x ) are produced by a combination of processing methods, particularly preferably according to one or more of claims 1 to 8. Kommutator (3) für einen Anker (2) einer elektrischen Maschine (1), insbesondere eines Startermotors, mit Kommutatorlamellen (6) eingebettet in einer Pressmasse (7) mit einer zylindrischen Form, wobei eine im wesentlichen zylindrische Kommutatoroberfläche (9) zum elektrischen Kontakt mit Bürsten (4) der elektrischen Maschine (1) mit einer definierten Rauheit (R) ausgebildet ist und in der Kommutatoroberfläche (9) lokale, geometrisch definierte Kerben (10x) mit einer Tiefe (101) und Breite (102) größer als die definierte Rauheit (R) der Kommutatoroberfläche (9) ausgebildet sind, wobei der Kommutator (3) insbesondere nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 herstellbar ist.Commutator ( 3 ) for an anchor ( 2 ) an electric machine ( 1 ), in particular a starter motor, with commutator blades ( 6 ) embedded in a molding compound ( 7 ) having a cylindrical shape, wherein a substantially cylindrical commutator surface ( 9 ) for electrical contact with brushes ( 4 ) of the electric machine ( 1 ) is formed with a defined roughness (R) and in the commutator surface ( 9 ) local, geometrically defined notches ( 10x ) with a depth ( 101 ) and width ( 102 ) greater than the defined roughness (R) of the commutator surface ( 9 ) are formed, wherein the commutator ( 3 ) can be produced in particular by a method according to one of claims 1 to 8. Elektrische Maschine, insbesondere Startermotor einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug, mit einem Anker und einem darauf angeordneten Kommutator nach Anspruch 9.Electric machine, in particular starter motor of an internal combustion engine in a vehicle, with an armature and a commutator arranged thereon according to Claim 9.
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