DE10036819A1

DE10036819A1 - Verfahren zur Herstellung eines Hakenkommutators mit einseitiger Metallschicht

Info

Publication number: DE10036819A1
Application number: DE10036819A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Haefele
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2001-06-28
Also published as: KR20010102348A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hakenkommutators für einen Elektromotor mit einer Metallschicht (7). Die Metallschicht (7) wird in einem ersten Schritt nur auf einer Breitseite (4) eines Metallbands (3) aufgebracht, so dass sich die Metallschicht (7) zumindest auf einer Hakeninnenseite (20) befindet. In weiteren Schritten wird dann ein Hakenkommutator hergestellt. Produktionsfehler wie Metallspritzer, Metall im Kollektorschlitz und Korrosion treten bei der Herstellung nicht mehr auf.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung von Hakenkommutatoren für Elektromotoranker mit einer Metallbeschichtung nach der Gattung des Anspruchs 1.

Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung eines Hakenkommutators aus Kupfer mit einer Zinnschicht erfolgt in folgenden Schritten.

1. Ein Kupferband wird entsprechend einer Kommutatorgeometrie gestanzt.
2. Das Kupferband wird kreisförmig gebogen.
3. Das gebogene Kupferband wird innen mit Kunststoff ausgespritzt.
4. Das so mit Kunststoff ausgespritzte Kupferband wird galvanisch verzinnt oder auch versilbert.
5. Die Kommutatorschlitze werden durch Sägung hergestellt, so dass einzelne Lamellen entstehen.
6. Eine Wärmebehandlung oder Temperung wird durchgeführt.
7. Kommutatorhaken, die sich an einem Ende der Lamellen befinden, werden durch Biegung hergestellt.

Folgende Reihenfolgen der oben genannten Schritte sind möglich: a) Reihenfolge wie oben, b) 1, 2, 3, 5, 4, 6, 7, c) 1, 2, 3, 4, 6, 5, 7.

Zur Herstellung des Elektromotorankers wird u. a. ein Wicklungsdraht um je einen Haken des Hakenkommutators gewickelt.

Hakenkommutatoren werden verzinnt, um bei einem Verbindungsprozess, wie z. B. durch Hotstaking, von Wicklungsdraht und Kommutatorhaken eine gleichbleibend gute mechanische und elektrische Verbindungsqualität von Kommutatorhaken und Wicklungsdraht zu gewährleisten. Das Zinn auf einer Aussenseite der Kommutatorhaken, d. h. der Kontaktfläche mit den Elektroden der Hotstaking Apparatur, wirkt sich negativ auf den Hotstaking-Prozess und auf die Standzeit der Elektroden aus.

Eventuelle Zinnspritzer können in einem Wickelkopf zu Windungsschlüssen führen.

Die Flächen auf der Hakenaussenseite können nur durch teures Bürsten wieder kupferblank gestaltet werden. Ferner ist dieser Prozess schwer zu überprüfen, da eine Definition "zinnfrei" oder "kupferblank" für eine Maschine oder Bearbeiter schwierig ist.

Eine einseitige Verzinnung nach oben beschriebenen Abläufen ist nur über ein aufwendiges Abdecken bzw. Abkleben der Lamellen und Kommutatorhaken oder durch zeitaufwendiges Einzelsetzen der Lamellen zu erreichen.

Erfolgt die Verzinnung (Schritt 4) vor der Sägung (Schritt 5), wie in Reihenfolge a) aufgelistet, so kann als Verzinnungsverfahren nur ein galvanisches Verfahren verwendet werden. Dabei werden die Flächen der Hakenober- und -unterseite und die Lamellen des Kommutators komplett verzinnt.

Das Aufbringen einer Zinnschicht kann nicht durch Feuerverzinnen oder Aufwalzen erfolgen. Beim Feuerverzinnen würde das Kunststoffinnenteil angegriffen werden. Ein Aufwalzen auf einen runden Körper ist schwieriger als das Aufwalzen auf ein planes Metallband. Ausserdem könnte durch die wirkenden Kräfte beim Aufwalzen das Kunststoffinnenteil beschädigt werden.

Beim galvanischen Verzinnen zur Herstellung einer einseitigen Zinnschicht müsste der Hakenkommutator aufwendig abgedeckt werden, so dass eine Seite der Lamelle ohne Abdeckung bleibt. Zusätzlich muss die Abdeckung nach der Verzinnung wieder vollständig entfernt werden. Ausserdem greifen die in einem Elektrolytbad enthaltenen Salze das Kunststoffinnenteil an und ziehen bei dessen Lagerung Wasser. Dies führt zu Korrosionsproblemen auf der Zinnschicht bzw. des Kupfers und Problemen bei der weiteren Verarbeitung wie z. B. beim Hotstaking.

Erfolgt die Verzinnung (Schritt 4) nach der Sägung (Schritt 5), wie in Reihenfolge b) aufgelistet, so kann Zinn in den Kollektorschlitz gelangen. Dieser Fehler ist nur durch sehr zeitaufwendiges Sichtprüfen zu entdecken und zu beseitigen. Das Aufbringen einer einseitigen Zinnschicht kann auch hier nicht durch Feuerverzinnen oder Aufwalzen erfolgen. Beim Feuerverzinnen würde das Kunststoffinnenteil angegriffen werden. Ein Aufwalzen auf einen runden Körper ist schwieriger als das Aufwalzen auf ein planes Metallband. Ausserdem könnte durch die wirkenden Kräfte beim Aufwalzen das Kunststoffinnenteil beschädigt werden. Ein Abdecken des Kommutators bei dem galvanischen Prozess führt zu den schon oben beschriebenen Problemen und verhindert auch nicht das Eindringen von Zinn in den Kollektorschlitz.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemässe Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise am Anfang des Herstellungsprozesses für einen Kommutator nur eine Beschichtung auf einer Seitenfläche erfolgt, ohne dass aufwendige Nachbearbeitungsschritte erforderlich sind.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Verfahrensschritte sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 genannten Verfahrens möglich.

Vorteilhaft ist es, wenn die eine Seite nur partiell beschichtet ist, weil dadurch Zinn gespart werden kann.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Kupferbandes und die Beschichtung mit Zinn, da Kupfer ein guter elektrischer Leiter und kostengünstig ist und Zinn die Verbindungsqualität gut fördert.

Weiterhin vorteilhaft ist es, mittels Feuerverzinnen die Metallschicht aufzubringen, da je nach Wahl der Metallsorten für Metallband- bzw. schicht eine interkristalline Zwischenschicht entsteht, die die Verbindungsqualität zwischen Metallband und -schicht erhöht.

Zeichnung

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1a, b ein Metallband mit einer einseitig bzw. partiell einseitig aufgebrachten Metallschicht,

Fig. 2a, b ein gestanztes Metallband gemäss Fig. 1a, b,

Fig. 3a, b, c je ein Ausführungsbeispiel für einen Kommutatorhaken und eine Lamelle,

Fig. 4 ein Hakenkommutator in Aufsicht, und

Fig. 5a, b einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4 für zwei Ausführungsbeispiele.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1a zeigt ein Metallband 3 mit einer einseitig aufgebrachten Metallschicht 7 auf einer seiner Breitseiten 4.

Fig. 1b zeigt das Metallband 3 mit der Metallschicht 7, die partiell auf einer Breitseite 4 aufgebracht ist. Die Metallschicht 7, bspw. eine zusammenhängende Fläche, hat eine Breite br, die geringer ist als die Breite bb des Metallbands 3.

Das Metallband 3 ist bspw. aus Kupfer. Es kann bspw. aber auch aus einer Kupferlegierung bestehen. Da aus dem Metallband 3 später die Lamellen 15 für den Elektromotoranker hergestellt werden, sind u. a. gute elektrische Eigenschaften notwendig. Wegen seiner guten elektrisch leitenden Eigenschaften wird deshalb oft Kupfer verwendet.

Die Metallschicht 7 ist bspw. aus Zinn, kann aber bspw. auch aus Chrom, Silber oder Zink sein. Die Metallschicht soll eine gute elektrische ggf. auch mechanische Verbindung von einem Wicklungsdraht und Kommutatorhaken herstellen. Die Verbindung kann durch Löten oder durch einen Hotstaking- Prozess hergestellt werden. Beim Löten soll eine gute Benetzung stattfinden. Dies wird bspw. durch Zinn, Zink oder Silber gewährleistet. Beim Hotstaking-Prozess wird oft ein niedrigschmelzendes Metall oder eine Metalllegierung verwendet, da dadurch eine Verbindungsqualität verbessert wird, wenn das Metall oder die Legierung fliesst.

Die Metallschicht 7 gemäss Fig. 1a, b kann durch verschiedene Verfahren wie bspw. Aufwalzen, Feuerverzinnen oder Galvanisierung aufgebracht werden.

Beim Aufwalzen wird ein Metallstreifen aus dem zweiten Metall auf das Metallband 3 aus dem ersten Metall aufgelegt. Durch Walzen wird der Metallstreifen zum Teil plastisch verformt und mit dem Metallband 3 verbunden.

Eine Breite des aufgelegten Metallstreifens ist so ausgelegt, dass er im ausgewalzten Zustand die Breite bb (Fig. 1a) des Metallbands 3 oder die Breite br der Metallschicht 7 (Fig. 1b) erreicht.

Beim Feuerverzinnen wird das Metallband 3 ganz (Fig. 1a) oder bis zu einer bestimmten Tiefe, die der Breite br (Fig. 1b) entspricht, in ein Zinnbad eingetaucht. Dadurch hat das Metallband 3 auf einer Vorder- und Rückseite eine Zinnschicht 7. An den entsprechenden Stellen wird auf dem Metallband 3 dann auf einfache Art und Weise wie z. B. Bürsten, die Zinnschicht flächig wieder entfernt. Das Metallband 3 kann aber auch bspw. vor dem Eintauchen auf einer seiner Breitseiten ganzseitig und eventuell auf der anderen Breitseite 4 wird entsprechend Fig. 1b noch zum Teil abgedeckt, so dass die Verzinnung nur auf der anderen Breitseite 4 ganzseitig oder partiell erfolgt.

Beim Feuerbandverzinnen, einer speziellen Form des Feuerverzinnens, wird das Metallband 3 so über das Zinnbad aus flüssigem Zinn gezogen, dass nur eine Seite des Metallbands 3 ganz oder partiell mit dem Zinnbad in Kontakt kommt, so dass eine einseitige oder partiell einseitige Zinnschicht 7 entsteht.

Beim Feuerverzinnen entsteht u. U. eine interkristalline Verbindung zwischen Kupfer und Zinn. Dies gilt auch, wenn für das Metallband 3 bzw. Metallschicht 7 andere Metallsorten verwendet werden. So werden Schichtdicken von mehreren Mikrometern erreicht. Dickere Metallschichten 7 sind möglich, jedoch nicht notwendig.

Beim Galvanikprozess wird das Metallband 3 auf Rück- oder auch auf Vorderseite so mit einer Abdeckung versehen, dass nur das Teil des Metallbands 3 frei liegt, auf dem die Metallschicht 7 aufgebracht werden soll. Das teilweise abgedeckte Metallband 3 wird dann galvanisiert.

Anschliessend wird die Abdeckung wieder entfernt. Es ist auch hier wie beim Feuerverzinnen möglich ohne Abdeckungen zu arbeiten. Die Stellen, die in unerwünschter Weise mit Zinn versehen sind, können grossflächig wieder schnell entfernt werden.

Fig. 2a bzw. 2b zeigt ein Metallband 3 mit einer Metallschicht 7 gemäss Fig. 1a bzw. 2b, in das im Bereich der Metallschicht 7 Aussparungen 11 gestanzt worden sind. Dadurch entstehen Vorsprünge 13, die später die Kommutatorhaken 16 bilden. Die Metallschicht 7 befindet sich bspw. nicht nur auf dem Vorsprung 13, sondern auch zumindest zum Teil auf der angrenzenden Seite des Metallbands 3. Zur Herstellung eines Hakenkommutators 30 bzw. Motorankers wird dann das Metallband 3 bspw. kreisförmig so gebogen, dass sich die Metallschicht 7 auf der äusseren Mantelfläche befindet. Danach wird das gebogene Metallband 3 innen mit Kunststoff ausgespritzt. Ein so entstandenes Kunststoffinnenteil 25 dient bspw. dazu, den Kommutator auf eine Welle aufzuschieben.

Kommutatorschlitze 26 werden durch die komplette Durchsägung des Metallbandes entlang einer Linie 14 hergestellt. Die Linie 14 verläuft durch die Aussparung 11 und senkrecht zur Metallschicht 7. Ein so entstandenes Einzelteil bildet eine Lamelle 15.

Als weitere Herstellungsschritte folgen noch eine Wärmebehandlung oder Temperung und die Verbiegung der Vorsprünge 13 zum Kommutatorhaken 16.

Fig. 3a bzw. 3b, c zeigt jeweils einen vergrösserten Ausschnitt eines Vorsprunges 13 aus Fig. 2a bzw. 2b, wobei der Vorsprung 13 so verbogen ist, das ein Kommutatorhaken 16 entstanden ist.

In Fig. 3a befindet sich die aufgebrachte Metallschicht 7 zwischen der gesamten Hakeninnenseite 20 und auf der angrenzenden Seite der Lamelle 15.

In Fig. 3b befindet sich die aufgebrachte Metallschicht 7 zwischen der gesamten Hakeninnenseite 20 und zum Teil auf der angrenzenden Seite der Lamelle 15.

In Fig. 3c ist bspw. gezeigt, dass die Metallschicht 7 sich nur auf dem Vorsprung 13 befindet; der dann zum Kommutatorhaken 16 gebogen wird. Der Kommutatorhaken 16 ist dabei bspw. so gebogen, dass sein Ende nicht auf die Lamelle 15 hinüberragt. Die Hakeninnenseite 20 liegt nur sich selbst gegenüber.

Auf einer Hakenaussenseite 21 in Fig. 3a, b, c befindet sich jeweils keine Metallschicht.

Die Verbiegung des Vorsprung 13 zum Kommutatorhaken 16 kann in jedem Verfahrensschritt nach der Stanzung des Metallbands 7 entsprechend der Kommutatorgeometrie erfolgen.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf den Hakenkommutator 30 mit bspw. zwölf Kommutatorhaken 16. Zu erkennen sind das Kunststoffinnenteil 25 und die Kommutatorschlitze 26, die durch Sägen des Metallbands 3 hergestellt wurden. Dabei entstanden die Lamellen 15. Mittels des Kunststoffinnenteils kann der Hakenkommutator 30 auf eine Welle eines Elektromotors gelagert und fixiert werden.

Fig. 5a zeigt einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4, hergestellt aus einem Metallband 3 gemäss Fig. 1a. Die bspw. Zinnschicht 7 befindet sich nur auf einer Seite der Lamelle 15.

Fig. 5b zeigt einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4, hergestellt aus einem Metallband 3 gemäss Fig. 1b. Der Kommutatorhaken 16 mit seiner partiellen einseitigen bspw. Zinnschicht 7 wurde so gebogen, dass sich die Zinnschicht 7 nur unter der Hakenunterseite 20 befindet.

Auf der Hakenoberseite 21 und auf den Seitenflächen befindet sich in beiden Fällen kein Zinn.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Hakenkommutatoren (30) für einen Elektromotoranker, bei dem auf einem Metallband (3) aus einem ersten Metall eine Metallschicht (7) aus einem zweitem Metall aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (7) aus dem zweiten Metall auf eine Seite des Metallbandes (3) aufgebracht wird, und dann der Hakenkommutator (30) fertig hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (7) auf einer Seite des Metallbandes (3) partiell aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Metallband (3) ein Band aus Kupfer oder einer Kupferlegierung verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Elektromotorankers um einen Kommutatorhaken (16) des Hakenkommutators (30) ein Wicklungsdraht gewickelt wird, und dass das Metall der Metallschicht (7) die Verbindungsqualität während eines Verbindungsprozesses von Kommutatorhaken (16) und Wicklungsdraht erhöht.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Metall für die Metallschicht (7) Zinn benutzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (7) durch Aufwalzen eines Metallstreifens auf das Metallband (3) aufgebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (7) durch Feuerverzinnen auf das Metallband (3) aufgebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (7) durch einen galvanischen Prozess auf das Metallband (3) aufgebracht wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (3) mit einer Abdeckung versehen wird, so dass nur der Teil des Metallbands (3) frei liegt, der beschichtet werden soll.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (7) auf das Metallband (3) aufgebracht und die Abdeckung anschliessend wieder entfernt wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Hakenkommutator (30) aus einer Mehrzahl von Lamellen (15) besteht, an deren einem Ende sich der Kommutatorhaken (16) befindet, und dass
die Metallschicht (7) auf dem Metallband (3) so breit ist,
dass sich nach Herstellung des Kommutatorhakens (16) die Metallschicht (7) nur auf einer Hakeninnenseite (20) befindet oder auf dieser (20) und zumindest teilweise auf der direkt angrenzenden Lamellenseite.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
zunächst das mit der Metallschicht (7) versehene Metallband (3) entsprechend einer Kommutatorgeometrie gestanzt wird,
dann das beschichtete Metallband (3) so zusammen gebogen wird, dass die Metallschicht (7) auf dem Metallband (3) nach aussen zeigt und dass sich zwei Enden des Metallbands (3) vollständig oder fast berühren,
dann das gebogene beschichtete Metallband (3) innen mit Kunststoff ausgespritzt und
dann die Kommutatorschlitze (26) gesägt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrensschritt zur Herstellung des Hakenkommutators (30) die Kommutatorhaken (16) durch Biegung hergestellt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einzelnen Verfahrensschritten oder als letzter Herstellungsschritt zumindest eine Wärmebehandlung stattfindet.