DE102004051460A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Heißverpressen von Haken an Kommutatoren - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen werden ein Verfahren und eine Vorrichtung (34) zum Heißverpressen von Haken (32) an Kommutatoren (24). Die Haken (32) sind an Lamellen (36) des Kommutators (24) angeordnet. Eine erste Elektrode (38) kontaktiert Haken (32) elektrisch und drückt sie an die Lamellen (36) an. Wenigstens eine zweite Elektrode (40) wird in Umfangsrichtung seitlich auf der Lamelle (36), auf der der Haken (32) angeordnet ist, aufgesetzt. Erfindungsgemäß wird die zweite Elektrode (40) auf den Lamellen (36) in Umfangsrichtung auf beiden Seiten der Haken (32) aufgesetzt. Dies hat den Vorteil, dass sowohl die Erwärmung als auch die Beschädigungsgefahr der Kupfer- bzw. Kohlesegmente durch die aufsitzenden Elektroden (38, 40) reduziert wird.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Heißverpressen (Englisch: Hot Staking) von Haken an Kommutatoren elektrischer Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 8. Die Haken sind an Lamellen des Kommutators angeordnet. Eine erste Elektrode, auch Schweißelektrode genannt, kontaktiert die Haken elektrisch und drückt sie an die jeweilige Lamelle. Eine zweite Elektrode, auch Masseelektrode genannt, wird in Umfangsrichtung seitlich auf der Lamelle, auf der der Haken angeordnet ist, aufgesetzt. Der Schweißstrom und die daraus resultierende Wärme werden über den Haken bzw. die Schweißelektrode in die Laufbahn zur Masseelektrode geleitet. Dies kann zu unzulässiger Erwärmung bis hin zur Zerstörung insbesondere der Lötverbindung bei Kohlekommutatoren zwischen Kupferträger und Kohlesegmenten sowie Beschädigungen oder Brüchen der Kohlesegmente durch die aufsitzende Masseelektrode führen.
- Vorteile der Erfindung
- Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Heißverpressen von Haken an Kommutatoren für elektrische Maschinen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 8 hat demgegenüber den Vorteil, dass sowohl die Erwärmung als auch die Beschädigungsgefahr der Kupfer- bzw. Kohlesegmente durch die aufsitzende Masseelektrode reduziert wird.
- Dies wird erreicht durch ein Verfahren zum Heißverpressen von Haken an Kommutatoren, wobei die Haken an Lamellen des Kommutators angeordnet sind, wobei eine erste Elektrode Haken elektrisch kontaktiert sowie an Lamellen drückt, wobei wenigstens eine zweite Elektrode in Umfangsrichtung seitlich auf der Lamelle, auf der der Haken angeordnet ist, aufgesetzt wird, und wobei die wenigstens zweite Elektrode auf den Lamellen in Umfangsrichtung auf beiden Seiten der Haken aufgesetzt wird.
- Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich besonders eine Vorrichtung zum Heißverpressen von Haken an Kommutatoren, wobei die Haken an Lamellen des Kommutators angeordnet sind, mit einer ersten Elektrode, die die Haken elektrisch kontaktiert und an die Lamellen drückt, und wenigstens einer zweiten Elektrode, die in Umfangsrichtung seitlich auf den Lamelle, auf denen die Haken angeordnet sind, zur Anlage kommt, und wobei die wenigstens zweite Elektrode in Umfangsrichtung die Haken beidseitig beaufschlagt.
- Dies ermöglicht eine gleichmäßige Anordnung der Gabelelektrode rechts und links der Kommutatorhaken bzw. Alphaschlaufen.
- Wenn die zweite Elektrode auf beiden Seiten der Haken Druckstellen erzeugt, so ist eine einfache Sichtprüfung möglich.
- Bei einem Kommutator mit Haken, um die Wicklungsdrähte eines Ankers geschlungen sind und die mit den Wicklungsdrähten heißverpresst sind, der nach einem derartigen Verfahren hergestellt ist, sind in Umfangsrichtung auf beiden Seiten der Haken Stellen zum Aufsetzen einer Elektrode ausgebildet. Vorzugsweise sind auf beiden Seiten der Haken Druckstellen ausgebildet, damit auf einfache Weise eine visuelle Prüfung durchgeführt werden kann.
- In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei einem derartigen Kommutator um einen Plankommutator, da hier am Umfang kein Platz für Bürsten vorgesehen werden muss, baut ein Plankommutator entsprechend kurz. Dies wirkt sich auch auf die Baulänge einer elektrischen Maschine aus, in der der Kommutator verwendet wird. Besonders bei den beengten Platzverhältnissen in einem Tank eines Kraftfahrzeugs wirkt sich die vorteilhaft aus, weshalb besonders die Verwendung in einer Kraftstoffförderpumpe bevorzugt wird.
- Ein einfacher konstruktiver Aufbau der Vorrichtung ergibt sich, wenn die zweite Elektrode eine Ausnehmung hat, durch die die erste Elektrode hindurchgeführt werden kann. Die Prozesssicherheit wird erhöht, indem in der Ausnehmung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode ein Spalt vorgesehen ist, der groß genug ist, dass während der Bearbeitung kein Spannungsüberschlag auftritt.
- Ist die zweite Elektrode am Außenumfang einer Scheibe ausgebildet, deren Mittelachse senkrecht zur Längsachse des Kommutators verläuft, ergibt sich ein Werkzeug mit einem einfachen Aufbau. In einer vorteilhaften Weiterbildung sind am Außenumfang der Scheibe mehrere zweite Elektroden vorgesehen. Dadurch kann die Ausnehmung weitergeschaltet werden, wodurch sich der Werkstoff um die Ausnehmungen herum nicht so sehr abnutzt. Dies erhöht die Standzeit.
- Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
- Zeichnung
- Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 eine elektrische Maschine in einem Längsschnitt und2 einen Kommutator der elektrischen Maschine sowie ein Detail aus einer Vorrichtung zum Verpressen der Haken des Kommutators und3 die2 in einer anderen Ansicht. - Beschreibung des Ausführungsbeispiels
- In der
1 ist ein Teil einer elektrischen Maschine10 in einem Längsschnitt vereinfacht dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen bürstenbehafteten Gleichstrommotor, auch Kommutatormotor genannt, der vorzugsweise in einer Kraftstoffpumpe eines Kraftfahrzeugs zur Anwendung kommt. Es sind jedoch andere Anwendungen beispielsweise in einem Lüfter, Fensterheber, Wischerantrieb, Sitzversteller oder sonstigen Anwendungen in einem Kraftfahrzeug denkbar. Es kann sich aber auch um einen Generator handeln. Die elektrische Maschine10 hat vorzugsweise nur eine Drehrichtung, weshalb sie besonders für den bereits erwähnten Lüfterantrieb bestimmt ist. Auch aufgrund der niedrigen Geräusche ist die elektrische Maschine10 am besten für einen Lüfterabtrieb geeignet. - In der elektrischen Maschine
10 ist auf der Welle für den Fall, dass es sich um einen bürstenbehafteten Gleichstrommotor handelt, ein Kommutator angeordnet. Im Falle eines Generators wäre dies ein Schleifring. - Die elektrische Maschine
10 umfasst ein Gehäuse, insbesondere ein Polrohr12 , und einen darin angeordneten Anker14 . Der Anker14 weist eine Welle16 und ein Ankerpaket18 mit einer Ankerwicklung20 auf. Die Ankerwicklung20 ist über Drähte22 mit Haken32 (2 ) eines Kommutators24 verbunden. Die Drähte22 der Ankerwicklung20 sind um die Haken22 geschlungen und mit diesen heißverpresst. Der Kommutator24 wird von zwei nicht dargestellten Kohlebürsten bzw. Bürsten beaufschlagt. Die Bürsten sind auf einem ebenfalls nicht dargestellten Bürstenhalter angeordnet, der als Kunststoffspritzgussteil hergestellt ist. Die Welle16 ist in zwei stirnseitigen Lagern26 angeordnet, die in ihrerseits in zwei Lagerdeckeln28 befestigt sind. Schließlich sind am Innenumfang des Polrohrs12 um das Ankerpaket18 herum Magnete30 angeordnet. - In den
2 und3 ist der Kommutator24 , bei dem es sich um einen Plankommutator handelt, zusammen mit Teilen einer Vorrichtung34 zum Heißverpressen der Haken32 näher dargestellt. Die Haken32 sind an Lamellen36 des Kommutators24 ausgebildet. Die Lamellen36 und Haken32 sind typischerweise aus Kupfer hergestellt. Die Lamellen36 stehen schräg ab. Die Drähte22 der Wicklung, die zunächst beim Bewickeln des Ankers14 um die Haken32 gelegt werden, sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. - Die Vorrichtung
34 umfasst eine erste und eine zweite Elektrode38 ,40 . Die erste Elektrode38 ist eine Schweißelektrode hat die Form eines Stempels und ist in radialer Richtung des eingespannten Kommutators24 verschieblich. Sie dient einerseits der elektrischen Kontaktierung der Haken32 . Andererseits dient sie dazu die Haken32 an die Lamellen36 zu pressen. - Die zweite Elektrode
40 ist eine Masseelektrode am Außenumfang einer Scheibe42 angeordnet. Die gestrichelt dargestellte Mittelachse44 der Scheibe42 steht senkrecht auf der ebenfalls gestrichelt dargestellten Mittelachse46 des Kommutators24 . Die zweite Elektrode40 hat eine Ausnehmung41 , durch welche die erste Elektrode38 hindurchgeführt wird. Zwischen den beiden Elektroden38 ,40 ist ein Spalt45 vorgesehen, der groß genug ist, dass während einer Bearbeitung kein Spannungsüberschlag auftritt. Die zweite Elektrode40 hat die Form einer Gabel mit zwei Kontaktstellen48 . Dadurch kommt die zweite Elektrode in Umfangsrichtung des Kommutators24 auf beiden Seiten der jeweiligen Lamelle36 , auf der ein Haken32 angeordnet ist, zur Anlage. - Es ist möglich, dass nur eine zweite Elektrode
40 vorgesehen ist. Es ist allerdings bevorzugt, dass mehrere zweite Elektroden40 wie dargestellt am Außenumfang de Scheibe42 angeordnet sind, da dies die Standzeit erhöht. - Beim Heißverpressen der Haken
32 am Kommutator24 , wird die Elektrode38 an einen Haken32 geführt. Dann kommt die Elektrode40 zur Anlage auf beiden Seiten des jeweiligen Hakens32 . Dabei werden von den Kontaktstellen48 der Elektrode40 auf beiden Seiten des Hakens32 die in der2 nur symbolisch angedeuteten Druckstellen50 auf der Lamelle36 erzeugt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass nur die Hakenunterstützung kontaktiert wird. Die Breite der Ausnehmung41 wird auch so ausgeführt, dass keine Berührung der Elektrode40 mit den unter den Haken liegenden Drähten22 , auch Alphaschlaufen genannt, stattfindet. Das Aufsetzen der Elektrode40 erfolgt im Hakenbereich gleichmäßig rechts und links auf der Lamelle bzw. der so genannten Hakenunterstützung. Durch das Nachführen der Elektrode38 auf den Haken32 und den damit verbundenen Stromfluss zwischen den beiden Elektroden38 ,40 wird der Haken32 erwärmt und mit dem Kupferaußendurchmesser des Kommutators bzw. der Lamelle36 heiß verpresst. Gleichzeitig wird die Lackschicht des sich unter dem Haken32 befindlichen Drahtes22 zum Schmelzen gebracht und somit die Verbindung vom Haken32 zur Ankerwicklung20 hergestellt. Der Vorteil dieses Hot-Stakingverfahrens mit der „Gabelelektrode"40 ist, dass die auftretende Wärme sich durch diese Anordnung nicht so stark in die Lamellen36 bzw. Lötverbindung des Kommutators24 ausbreiten kann und somit eine Beschädigung oder Zerstörung der Lötverbindung und Lamellenbeschädigungen vermindert. - Wichtig ist auch, dass in Umfangsrichtung auf beiden Seiten der Haken
32 Stellen zum Aufsetzen der Elektrode40 ausgebildet sind. Durch die dort erzeugten Druckstellen50 ist der Kommutator24 hinterher visuell daraufhin prüfbar, ob die Elektrode richtig aufgesetzt worden ist.
Claims (12)
- Verfahren zum Heißverpressen von Haken (
32 ) an Kommutatoren (24 ), bei denen die Haken (32 ) an Lamellen (36 ) des Kommutators (24 ) angeordnet sind, wobei eine erste Elektrode (38 ) Haken (32 ) elektrisch kontaktiert sowie an Lamellen (36 ) drückt, und wobei wenigstens eine zweite Elektrode (40 ) in Umfangsrichtung seitlich auf der Lamelle (36 ), auf der der Haken (32 ) angeordnet ist, aufgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zweite Elektrode (40 ) auf den Lamellen (36 ) in Umfangsrichtung auf beiden Seiten der Haken (32 ) aufgesetzt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (
40 ) auf beiden Seiten der Haken (32 ) Druckstellen (50 ) erzeugt. - Kommutator (
24 ) mit Haken (32 ), um die Wicklungsdrähte (22 ) eines Ankers (20 ) geschlungen sind und die mit den Wicklungsdrähten (22 ) heißverpresst sind, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung auf beiden Seiten der Haken (32 ) Stellen zum Aufsetzen einer Elektrode (40 ) ausgebildet ist. - Kommutator (
24 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Seiten der Haken (32 ) Druckstellen (50 ) ausgebildet sind. - Kommutator (
24 ) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommutator (24 ) ein Plankommutator ist. - Elektrische Maschine (
10 ), vorzugsweise Kommutatormotor mit wenigstens einem Kommutator (24 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 5. - Elektrische Maschine (
10 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit der elektrischen Maschine (10 ) der Kraftstoff gefördert wird. - Vorrichtung zum (
34 ) Heißverpressen von Haken (32 ) an Kommutatoren (24 ), bei denen die Haken (32 ) an Lamellen (36 ) des Kommutators (24 ) angeordnet sind, mit wenigstens einer ersten Elektrode (38 ), die die Haken (32 ) elektrisch kontaktiert und an die Lamellen (36 ) drückt, und wenigstens einer zweiten Elektrode (40 ), die in Umfangsrichtung seitlich auf den Lamellen (36 ), auf denen die Haken (32 ) angeordnet sind, zur Anlage kommt, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zweite Elektrode (40 ) in Umfangsrichtung des Kommutators die Haken (32 ) beidseitig beaufschlagt. - Vorrichtung (
34 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (40 ) eine Ausnehmung (41 ) hat, durch die die erste Elektrode (38 ) hindurchgeführt werden kann. - Vorrichtung (
34 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausnehmung (41 ) zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (38 ,40 ) ein Spalt (45 ) vorgesehen ist, der groß genug ist, dass während der Bearbeitung kein Spannungsüberschlag zwischen den Elektroden (38 ,40 ) auftritt. - Vorrichtung (
34 ) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (40 ) am Außenumfang einer Scheibe (42 ) ausgebildet ist, deren Mittelachse (44 ) senkrecht zur Längsachse (46 ) des Kommutators (24 ) verläuft. - Vorrichtung (
34 ) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang der Scheibe (42 ) mehrere zweite Elektroden (40 ) ausgebildet sind.
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