CH680345A5

CH680345A5 -

Info

Publication number: CH680345A5
Application number: CH74/90A
Authority: CH
Inventors: Arno Altpeter; Carsten Bauer
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1989-03-03
Filing date: 1990-01-10
Publication date: 1992-08-14
Also published as: US5029746A; DE8902562U1

Description

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Beschreibung

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Ultraschali-Schweissvorrichtung zum Befestigen von Drahtenden oder Drahtschlaufen an Anschlussfahnen, insbesondere an Anschlussfahnen von Lamellen trommeiförmiger Kommutatoren für umlaufende elektrische Maschinen nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs. Durch die DE-OS 2 739 730 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Ankers für dynamoelektrische Maschinen bekanntgeworden, bei dem Leiterpartien der Ankerwicklungen elektrisch und mechanisch mit Kommutatorlamellen durch Ultraschalleinwirkung verbunden werden. Die Leiter sind dabei entweder an die anschlusssei-tigen Enden der Bürstenlaufflächen oder zwecks Vergrösserung der Kontaktflächen in Ausnehmungen der Lamellen befestigt. Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden als auch einer mechanischen Verbindung von Ankerwicklungsdrähten mit den Lamellen eines Kommutators ist durch die DE-OS 3 017 426 bekannt. Auch hier wird die Verbindung durch Ultraschallschweissen hergestellt, wobei die Kommutatorlamellen auf der Kontaktierungsfläche einer Sonotrode abgerollt werden. Bei einem Einsatz in Verbindung mit Hakenlamellen werden die die Wicklungsdrahtschlaufen aufnehmenden Haken beim Abrollen durch die Sonotrode in Richtung der Lamellen umgebogen und an die Lamellen angeschweisst. Bekannt ist ferner eine Sonotrode zum Kaltpress-Schweissen von metallischen Werkstücken unter Anwendung von parallel zur Berührungsfläche der Werkstücke erfolgenden Schwingungen, wobei das mit dem Werkstück in Berührung kommende Sonotrodenende das Werkstück, beispielsweise einen Draht, in Schwingungsrichtung der Sonotrode umgreift (DE-AS 1 228 494). Zur Herstellung von Drahtgittern ist ausserdem vorgesehen, dass diejenigen Drähte, die unter den von der Sonotrodenanordnung er-fassten Drähten liegen, in entsprechende Nutaus-nehmungen eines Ambosses eingelegt sein können. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein zylindrischer Knopf an eine flache Platte angeschweisst, wobei die Platte während des Schweiss-vorgangs innerhalb einer Lagerstelle fest in ihrer Stellung gehalten wird.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemässe Ultraschall-Schweiss-vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass zwischen jeder Anschlussfahne und dem Amboss während des Schweissprozesses ein Formschluss besteht, der bewirkt, dass die Ultraschallschwingungen vom Amboss aufgenommen und somit von der Lamellenverankerung, d.h. von der Isolierstoffnabe des Kommutators ferngehalten werden. Dadurch wird eine mechanische Zerrüttung der Lamellenverankerung beim Schweissvorgang vermieden und eine sichere Schweissung auch in der Grossserienfertigung gewährleistet. Von Bedeutung ist ferner, dass die formschlüssige AbStützung auf das freie Ende der Anschlussfahne beschränkt ist, so dass der Wicklungsdraht auch in anderer Form als im Ausführungsbeispiel dargestellt von der Schweissstelle abgeführt werden kann, z.B. annähernd parallel zur Längsachse des Kommutators.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Ultraschall-Schweissvor-richtung möglich. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, dass die Stützflächen als Zentrierflächen für die Anschlussfahne ausgebildet sind. Dadurch ist sichergestellt, dass eventuelle Fehlstellungen der Anschlussfahne vor dem Schweissvorgang korrigiert werden und die Kontaktfläche der Fahne bezüglich der Sonotrode ausgerichtet wird. Eine solche Zentrierung lässt sich auf besonders einfache Weise dadurch erreichen, dass die Stützflächen des Ambosses und/oder der Anschlussfahne zu deren Längsachsen geneigt sind.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Teil eines mit Lamellen bestückten Kommutators sowie die wesentlichen Teile einer Ultraschall-Schweissvorrichtung während des Schweissvor-gangs in einer Draufsicht, Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1 in einer Seitenansicht, Fig. 3 das Endstück der Anschlussfahne einer Lamelle und einen Teil des etwas abgehobenen Ambosses mit den daran angebrachten Stützflächen in einer Draufsicht, Fig. 4 die in Fig. 3 dargestellten Teile in einem Längsschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein Kommutator für elektrische Maschinen hat eine Nabe 1 (Fig. 1) aus einem Isolierstoff, welche von einer nicht dargestellten Maschinenwelle durchgriffen wird und mit dieser drehfest verbunden ist. In der Nabe 1 sind radial zur Längsachse des Kommutators angeordnete und gegeneinander isolierte Lamellen 2 verankert. Hierzu kann jede Lamelle einen Fuss 3, welcher vom Isolierstoff der Nabe 1 umschlossen ist, besitzen. Die Lamellen 2 haben an ihrem einen Ende je eine Anschlussfahne 4, an deren Kontaktfläche 5 die Schlaufe 6 eines Wicklungsdrahtes 7 des Maschinenläufers befestigt ist. Die radial nach aussen gerichtete Anschlussfahne schliesst mit der Bürstenlauffläche 8 der Lamelle 2 einen Winkel von 90° oder etwas mehr als 90° ein.

Die Schlaufe 6 des Wicklungsdrahtes 7 wird mit der Anschlussfahne 4 im Bereich ihrer Fläche 5 durch Ultraschallschweissen mechanisch und elektrisch kontaktiert. Hierzu ist eine Ultraschallsono-trode 12 vorgesehen, deren Kopf 9 an die Drahtschlaufe 6 anlegbare, aufgerauhte Kontaktfläche 10 besitzt. Der Sonotrodenkopf 9 mit Stange 12 schwingt in Richtung des Doppelpfeils 11. Die Ul5

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traschall-Schweissvorrichtung hat ausserdem einen Amboss 13, welcher in Richtung des Doppelpfeils 14 beweglich oberhalb der Anschlussfahne 4 angeordnet ist.

Der Amboss 13 und das freie Ende der Anschlussfahne 4 sind mit nachstehend näher beschriebenen Stützflächen versehen, welche die in Richtung des Pfeils P wirkende Sonotroden-An-druckkraft und die Sonotrodenschwingungen (Pfeil 11) aufnehmen. Dadurch ist gewährleistet, dass die Andruckkraft und die Sonotrodenschwingungen beim Schweissvorgang von der Kommutatornabe 1 ferngehalten werden.

Im Ausführungsbeispiel sind die der Anschlussfahne 4 zugeordneten Stützflächen 15, 16, 17 als Aussenflächen einer Nase 18 ausgebildet, während die Stützflächen 19, 20, 21 des Ambosses 13 durch Wände einer im Amboss angebrachten Vertiefung gebildet werden, welche in der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Arbeitssteliung des Ambosses die Nase 18 formschlüssig umgreift.

Wie aus den Figuren ersichtlich, sind die Stützflächen 15,16,17 der Anschlussfahne 4 und die dem Amboss 13 zugeordneten Stützflächen 19, 20, 21 als Zentrierflächen für die Anschlussfahne ausgebildet, welche Fehlstellungen der Fahne bezüglich der Sonotrode 9 in Richtung der Längsachse und in Drehrichtung der Kommutatornabe 1 vor dem Schweissvorgang korrigieren. Hierzu sind die Stützflächen in Richtung der Längsachse der Anschlussfahne 4 bzw. des Ambosses 13 spitzwinkelig zueinander geneigt, wobei jeweils die miteinander in Eingriff kommenden Flächenpaare 15,19; 16,20; und 17, 21 parallel zueinander verlaufen. Die Stützflächen 15,16,17 der Nase 18 und die Stützflächen 19, 20,21 des Ambosses 13 bilden die Wände einer dreiseitigen Pyramide, wobei die Wände im Querschnitt gesehen rechtwinkelig zueinander angeordnet sind.

An die Stützfläche 21 des Ambosses 13 schiiesst sich ein zungenförmiger Fortsatz 22 an, an welchem sich die Anschlussfahne 4 während des Schweiss-vorgangs mit einer parallel zu ihrer Kontaktfläche 5 verlaufenden Aussenfläche 23 zusätzlich abstützt. Der Fortsatz liegt etwa in gleicher Höhe wie die Ul-traschallsonotrode 9 und entlastet dadurch die schrägen Stützflächen 17,21.

Um eine definierte Höhenlage der Drahtschlaufe 6 unter der Sonotrode 9 zu gewährleisten, sind der Anschlussfahne 4 Positionierungsflächen 24, 25 zugeordnet, welche die Lage der Drahtschlaufe 6 in Längsrichtung der Anschlussfahne 4 vorgeben. Die Positionierungsflächen 24, 25 sind im Ausführungsbeispiel an den beiden Schmalseiten der Anschlussfahne 4 vorgesehen, derart, dass sie die Position der beiden Schenkel 25, 26 der Drahtschlaufe 6 und damit auch die Lage der Kontaktierstelle an der Kontaktfläche 5 der Anschlussfahne 4 bestimmen. Die Positionierungsflächen 26, 27 sind als einseitige Auflageflächen für die beiden Drahtschlaufenschenkel 26, 27 durch entsprechende Formgebung der Anschlussfahne 4 oder der Nabe 1 geschaffen. Die Flächen sind zu der Längsachse der Lamelle 2 und damit des Maschinenläufers so geneigt, dass ihre Verlängerung die Achse unter einem spitzen Winkel schneidet.

Die mit den Lamellen 2 und den um die Anschlussfahnen 4 herumgelegten Wicklungsdrahtschlaufen 6 versehene Kommutatornabe 1 wird in eine nicht dargestellte Drehhalterung eingespannt und so positioniert, dass sich die Nase 18 einer Anschlussfahne 4 unterhalb des Ambosses 9 befindet. Der in einer nicht gezeigten Führung verschiebbar angeordnete Amboss befindet sich dabei ausserhalb des Drehkreises der Anschlussfahnen. Die Sonotrode 9 ist abgehoben, so dass ihre Reibfläche 10 die Drahtschlaufe 6 nicht berührt.

Vor Beginn des Schweissprozesses wird der Amboss 13 in die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Stellung abgesenkt, in welcher sich die Stützflächen 19, 20, 21 des Ambosses und die Stützflächen 15,16,17 der Anschlussfahne 4 berühren, wobei die Winkelstellung der Fahne bezüglich der Längsachse des Kommutators und in Drehrichtung desselben gegebenenfalls eine Korrektur erfährt. Anschliessend wird die Sonotrode 9 an die Drahtschlaufe 6 angelegt und der Schwingungserzeuger eingeschaltet. Die Stützflächen sorgen dafür, dass die beim Schweissprozess auftretenden Kräfte von der Lamelle 2 und deren Verankerung ferngehalten werden.

Die Ultraschallenergie wird im Bereich der Schlaufe 6 direkt in den Draht 7 eingebracht. Dadurch genügt bereits eine kleine Wärmemenge, um den Draht so weit zu erhitzen, dass er sich unter Aufbrechen seiner Isolation verformt und mit der Kontaktfläche 5 der Anschlussfahne eine Schweissverbindung eingeht. Die Lamelle 2 und die Isolierstoffnabe 1 des Kommutators werden dabei thermisch nicht nennenswert belastet. Die Position der Drahtschlaufe 6 ist durch die Flächen 24, 25 vorgegeben und liegt etwa in der Mitte der Sonotro-den-Reibfläche 10. Dadurch kann es nicht vorkommen, dass die Drahtschlaufe 6 beim Wickelvorgang nach unten rutscht und von der Sonotrode 9 nicht mehr erfasst wird.

Die Stützflächen 19 bis 21 des Ambosses 13 liegen ausserhalb der zur Kontaktfläche 5 parallelen Aussenfläche 23 der Anschlussfahne 4, so dass der grösste Teil der Aussenseite 23 nicht vom Amboss berührt wird und gleichzeitig eine eindeutige Positionierung der Anschlussfahne bezüglich der Sonotrode 9 mit formschlüssiger Halterung gewährleistet ist.

Anstelle der im Ausführungsbeispiel gezeigten Ausbildung könnten die dem Amboss zugeordneten Stützflächen als Aussenflächen an einer Nase oder einem Vorsprung desselben angebracht sein. Die Anschlussfahne würde in diesem Fall eine Vertiefung mit Wänden zur formschlüssigen Aufnahme der Nase aufweisen. Ausserdem wäre es denkbar, dass der Amboss rechtwinkelig zur Anschlussfahne angeordnet ist und beispielsweise einen konischen Zapfen aufweist, welcher während des Schweissprozesses von aussen her in eine entsprechend ausgebildete Vertiefung der Anschlussfahne eingreift.

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Patentansprüche

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gen von Drahtenden oder Drahtschlaufen an Anschlussfahnen, insbesondere an Anschlussfahnen von Lamellen trommeiförmiger Kommutatoren für umlaufende elektrische Maschinen, mit einer Sonotrode und einem Amboss, an dem sich die Anschlussfahne während des Schweissprozesses abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass der Amboss (13) und das freie Ende jeder Anschlussfahne (4) mit den Sonotrodenandruck und die Sonotrodenschwingungen quer zur Andruckrichtung aufnehmenden Stützflächen (19-21 bzw. 15-17) versehen sind, welche vor Beginn des Schweissprozesses durch eine Relativbewegung des Ambosses und der Anschlussfahne aneinander anlegbar sind.

2. Uitraschall-Schweissvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützflächen (15-17 bzw. 19-21) als Zentrierflächen für die Anschlussfahne (4) ausgebildet sind.

3. Ultraschall-Schweissvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützflächen (19-21) des Ambosses (13) und/oder die Stützflächen (15-17) der Anschlussfahne (4) zur Längsachse dieser Teile geneigt sind.

4. Ultraschall-Schweissvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützflächen (15-17 bzw. 19-21) an einer Nase (18) des einen Teils (4) und an einer diese umgreifenden Vertiefung des anderen Teils (13) ausgebildet sind.

5. Ultraschall-Schweissvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nase (18) und die diese aufnehmende Vertiefung die Form einer Pyramide mit rechtwinkelig zueinander angeordneten Stützflächen haben.

6. Ultraschall-Schweissvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nase (18) am freien Ende der Anschlussfahne (4) und die Vertiefung im Amboss (13) ausgebildet ist.

7. Ultraschall-Schweissvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die den Sonotrodenandruck aufnehmende Stützfläche (21) der Vertiefung ein zungenförmiger Fortsatz (22) anschliesst, an dem sich die Anschlussfahne (4) während des Schweissprozesses mit einer vorzugsweise parallel zu ihrer Kontaktfläche (5) verlaufenden Aussenfläche (23) zusätzlich abstützt.

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