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Die
Erfindung betrifft einen Kommutator und einen Läufer für einen Elektromotor.
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Es
ist bereits bekannt, beim Zusammenbau eines Läufers für einen Elektromotor zunächst ein Läuferpaket
auf eine Läuferwelle
aufzuschieben und fest mit der Läuferwelle
zu verbinden sowie anschließend
einen Kommutator auf die Läuferwelle
aufzuschieben und dann an dieser zu befestigen.
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Dies
wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Innenbohrung des
Kommutators und der Außenumfang
der Läuferwelle
im Sinne einer Presspassung gefertigt werden und der Kommutator
mit hohem Kraftaufwand auf die Läuferwelle
bis in die gewünschte
Position aufgeschoben wird. Da für
einen fehlerfreien Betrieb des Läufers
eine vergleichsweise hohe Mindestverschiebekraft des Kommutators
auf der Läuferwelle
gewährleistet
sein muss, wird eine Presspassung mit einer hohen Überschneidung
gewählt.
Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Wahrscheinlichkeit eines
Reißens
des Kommutators erhöht
ist. Weiterhin kann beim Aufschieben des Kommutators auf die Läuferwelle
eine Beschädigung der
Oberfläche
der Läuferwelle
nicht ausgeschlossen werden.
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Es
ist weiterhin bereits bekannt, zusätzlich zu einer Presspassung
zwischen Kommutatorbohrung und Läuferwelle
eine in Axialrichtung stauchbare Hülse zu verwenden, um den auf
der Läuferwelle befestigten
Kommutator zusätzlich
gegen eine unerwünschte
Verdrehung und eine unerwünschte
Verschiebung auf der Läuferwelle
zu sichern.
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Ferner
sind aus der WO 98/37613 ein Läufer und
ein Verfahren zur Herstellung eines Läufers bekannt. Dieser bekannte
Läufer
weist eine Läuferwelle,
ein auf der Läuferwelle
befestigtes Läuferpaket und
einen auf der Läuferwelle
befestigten Kommutator auf. Zur Befestigung des Läuferpaketes
und des Kommutators auf der Läuferwelle
dient eine gesinterte Epoxidschicht. Um die Befestigung des Kommutators
auf der Läuferwelle
zu verbessern weist der Kommutator an seiner Verbindungsstirnfläche wenigstens
eine Vertiefung und ausgehend von der Verbindungsstirnfläche wenigstens
eine sich in Richtung der Längsachse
zur Innenbohrung des Kommutators hin erstreckende Ausnehmung auf.
Die gesinterte Epoxidschicht zur Fixierung des Kommutators auf der
Läuferwelle
greift in die wenigstens eine Vertiefung und die wenigstens eine
Ausnehmung ein.
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Weiterhin
ist aus dem Dokument
EP 0 365 233 ein
Verfahren zur Herstellung eines Läufers für einen Elektromotor bekannt,
bei dem die Läuferwelle mit
einer härtbaren
Beschichtung überzogen
wird. Beim Aufschieben des Kommutators auf die Läuferwelle sammelt sich dabei
Beschichtungsmaterial in einer Vertiefung in der dem Läuferpaket
zugewandten Stirnfläche
des Kommutators, das nach dem Aushärten eine feste Verbindung
zwischen Läuferwelle und
Kommutator gewährleistet.
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Das
Einbringen von extra Bohrungen, Ausnehmungen und Vertiefungen stellt
einen zusätzlichen
Aufwand bei der Herstellung des Kommutators dar. Ein weiterer Nachteil
der bekannten Ausführungen
ist die Tatsache, dass das Eindringen des Beschichtungsmaterials
in die Ausnehmungen und Vertiefungen am Kommutator und somit die
Güte der Verbindung
nicht auf einfache Weise geprüft
werden kann. Eine einfache Qualitätsprüfung nach dem Montagevorgang
kann deshalb nicht durchgeführt
werden, da die innenliegenden und dadurch verdeckten Verbindungsstellen,
nicht einer einfache Sichtprüfung
unterzogen werden können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kommutator und einen
Läufer
anzugeben, bei denen eine verbesserte Verbindung zwischen Läuferwelle
und Kommutator mit Hilfe von Beschichtungsmaterial auch ohne zusätzliche
Vertiefungen und Ausnehmungen im Kommutatorkern sichergestellt und
gleichzeitig eine einfache Sichtprüfung der Verbindungsstelle
ermöglicht
wird.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Kommutator mit den im Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen und durch einen Läufer
mit den im Anspruch 5 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die
Vorteile der Erfindung bestehen zum einen darin, dass ein Kommutator
gemäß der Erfindung
eine vereinfachte Stirnseitengeometrie aufweist und bezüglich seiner
Fertigung dadurch vereinfacht ist. Zum anderen ist die Verbindungsstelle
zwischen Kommutator und der Beschichtung auf der Außenseite
der Konusoberfläche
gut sichtbar und somit leicht einer Sichtprüfung zu unterziehen. Weiterhin
ist durch die konusförmige
Ausbildung der Stirnseite des Kommutatorkernes gewährleistet,
dass die Isoliermassenschicht beim Aufschieben des Kommutators auf
die Läuferwelle
sich auf die Konusoberfläche aufschiebt,
die gegenüber
einer gerade verlaufenden Stirnfläche eine vergrößerte Oberfläche und
somit auch eine vergrößerte Kontaktfläche zwischen
Kommutator und Beschichtung aufweist.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass aufgrund der
Befestigung des Kommutators auf der Läuferwelle mittels der ausgehärteten Isoliermassenschicht
die Passungsverhältnisse
zwischen der Innenbohrung des Kommutators und der Läuferwelle
in dem Sinne gelockert werden können,
dass die Überschneidung
geringer ist und nur noch ein leichter Presssitz vorliegt. Dies
hat zur Folge, dass die Wahrscheinlichkeit eines Reißens des
Kommutators sowie einer Beschädigung
der Läuferwelle
beim Aufschieben des Kommutators verringert ist.
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Aufgrund
der zwischen dem Läuferpaket
und dem Kommutator auf der Läuferwelle
vorgesehenen Isoliermassenschicht besteht bei einem Läufer gemäß der Erfindung
eine durchgehende und zuverlässige
Isolierung zwischen dem Kommutator und dem Läuferpaket.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht in einer Reduzierung der
Herstellungskosten, da es keines aufwendigen Einbringens von Vertiefungen
in die Verbindungsstirnfläche
des Kommutators und keines Einbringens einer sich in Richtung der
Längsachse zur
Innenbohrung des Kommutators hin erstreckenden konischen Ausnehmung
bedarf.
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In
einer weiteren Ausführung
des Kommutators sind so genannte Kommutatorhakenstützelemente
auf der konusförmigen,
sich in Axialrichtung verjüngenden
Konusoberfläche
der Stirnseite des Kommutatorkernes vorgesehen, die nicht nur zur
Abstützung
der Kommutatorhaken dienen, sondern weiterhin auch Aufnahmefächer zwischen
sich bilden, in welche beim Aufschieben des Kommutators auf die Läuferwelle
die im plastischen Zustand befindliche Isoliermassenschicht hineingeschoben
wird. Ist diese Isoliermasse dann erkaltet und ausgehärtet, dann
ist der Kommutator drehfest und verschiebesicher auf der Läuferwelle
befestigt.
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Der
Vorteil dieser Ausführung
liegt in der erhöhten
Verdrehsicherung des Kommutators gegenüber der Läuferwelle.
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Besonders
vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Kommutatorhakenstützelemente
in ihren dem Kommutator abgewandten Endbereichen keilförmig zugespitzt
verlaufen. Dies hat den Vorteil, dass sich beim Aufschieben der
Isoliermasse auf die Konusoberfläche
des Kommutatorkernes und in die Zwischenräume zwischen den Kommutatorhakenstützelementen
die Isoliermasse an den Keilflächen
der Kommutatorhakenstützelemente
teilt und besser in die Zwischenräume eindringen kann. Dabei
legt sich die Isoliermasse an die Keilflächen der Kommutatorhakenstützelemente
an und verstärkt
die drehfeste Kopplung zwischen Läuferwelle und Kommutator.
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Weitere
vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren
beispielhafter Erläuterung
anhand der Figuren. Es zeigt
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Kommutators gemäß der Erfindung,
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2a eine
Schnittdarstellung eines Läufers mit
teilweise aufgeschobenem Kommutator und
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2b eine
Schnittdarstellung eines Läufers mit
vollständig
aufgeschobenem Kommutator.
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Funktions-
und Benennungsgleiche Teile sind in den Figuren durchgehend mit
denselben Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt
eine perspektivische Darstellung eines Kommutators 1 gemäß der Erfindung.
Dieser Kommutator 1 ist zylinderförmig ausgebildet und weist
eine konzentrische Innenbohrung 10 auf, die zur Aufnahme
einer Läuferwelle 7 (hier
nicht dargestellt) vorgesehen ist. Weiterhin weist der Kommutator 1 einen
Kommutatorkern 2 auf, von welchem in der 1 die
vordere Stirnfläche
zu sehen ist, bei welcher es sich um eine sich in Axialrichtung
vom Kommutator weg und auf die Innenbohrung 10 zu verjüngende Konusoberfläche 2a handelt.
Ferner weist der Kommutator 1 einen den Kommutatorkern 2 umgebenden
Kommutatormantel 3 auf. Dieser besteht aus mehreren durch
in Axialrichtung verlaufende Schlitze 4 voneinander getrennten
Mantelsegmenten 3a. Jedes der Mantelsegmente 3a weist
auf seiner der Konusoberfläche 2a des
Kommutatorkernes 2 zugewandten Stirnseite einen gebogenen Kommutatorhaken 5 auf.
Die Kommutatorhaken 5 dienen der Kontaktierung der Kommutatorsegmente 3a mit
einem Spulendraht (nicht dargestellt) je einer Läuferspule. Mit Hilfe der Kommutatorhaken 5 wird der
Spulendraht zum Beispiel durch einen Schweißvorgang an den Kommutatorsegmenten 3a mechanisch
befestigt und gleichzeitig elektrisch kontaktiert.
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Weiterhin
weist der in der 1 dargestellte Kommutator 1 voneinander
beabstandete Kommutatorhakenstützelemente 6 auf.
Diese sind auf der Konusoberfläche 2a des
Kommutatorkernes 2 jeweils hinter einem Kommutatorhaken 5 vorgesehen.
Die Kommutatorhakenstützelemente 6 ragen
aus der Konusoberfläche 2a in
Radialrichtung und in Axialrichtung hervor. Dadurch werden auf der
Konusoberfläche 2a des
Kommutators 1 Aufnahmefächer
ausgebildet, von denen in Umfangsrichtung des Kommutators jedes
durch zwei der voneinander beabstandeten Kommutatorhakenstützelemente 6 begrenzt
wird. Der Boden der Aufnahmefächer
wird jeweils von einem Teil der Konusoberfläche 2a gebildet.
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In
diese Aufnahmefächer
wird – wie
noch anhand der 2b erläutert wird – beim Aufschieben des Kommutators 1 auf
die Läuferwelle 7 die
auf der Läuferwelle 7 befindliche,
in den plastischen Zustand gebrachte Isoliermasse geschoben, nach
dessen Aushärtung
der Kommutator 1 besonders drehfest und verschiebefest
auf der Läuferwelle
befestigt ist.
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Die
Größe der Kommutatorhakenstützelemente 6 ist
in vorteilhafter Weise so gewählt,
dass die Kommutatorhakenstützelemente 6 die
Kommutatorhaken 5 in Axialrichtung nach außen überragen.
Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Kommutatorhakenstützelemente 6 in
Axialrichtung länger
ausgebildet sind, als es für
die Funktion der Abstützung
der Kommutatorhaken 5 notwendig wäre.
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Weiterhin
ist in 1 gut erkennbar, dass sich die Kommutatorhakenstützelemente 6 in
axialer Richtung vom Kommutator weg keilförmig verjüngen. Durch die schräg zur Aufschieberichtung
einer plastischen, auf der Läuferwelle 7 aufgebrachten
Isoliermasse angeordneten Keilflächen
der Kommutatorhakenstützelemente 6 wird
die plastische Isoliermasse beim Aufschieben auf die Konusoberfläche 2a in
die zwischen den Kom mutatorhakenstützelementen 6 ausgebildeten
Aufnahmefächer
abgelenkt und legt sich an den Keilflächen an.
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Die 2a zeigt
eine Schnittdarstellung eines Läufers
mit teilweise aufgeschobenem Kommutator 1, wobei das Aufschieben
des Kommutators auf die Läuferwelle 7 in
Richtung des in der 2a dargestellten Pfeils x erfolgt.
Auf die Läuferwelle 7 ist
bereits ein Rotorpaket 8 aufgeschoben. Nach dem Aufschieben
des Rotorpaketes 8 auf die Läuferwelle 7 wird im
Rahmen des Nutisolierungsprozesses des Läuferpaketes 8 durch
Aufbringen einer Isoliermassenschicht 9 zum Beispiel einer
Sinterpulverschicht, auch die Läuferwelle 7 in
Richtung derjenigen Stelle, an welcher der Kommutator 1 an
der Läuferwelle 7 befestigt
werden soll, mit der Isoliermassenschicht 9 überzogen.
Beim anschließenden
Aufschieben des Kommutators 1 in Richtung des Pfeilers
x auf die Läuferwelle 7 wird
die im plastischen bzw. teigigen Zustand vorliegende Isoliermassenschicht 9 auf
die Konusoberfläche 2a des
Kommutators 1 aufgeschoben und in die Aufnahmefächer zwischen
den Kommutatorhakenstützelementen 6 eingefügt, so dass die
Aufnahmefächer
zwischen den jeweils benachbarten, aber voneinander beabstandeten
Kommutatorhakenstützelementen 6 mit
der Isoliermassenschicht gefüllt
werden.
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In
einem anschließenden
Schritt wird nun die Isoliermasse zum Aushärten gebracht. Nach dem Aushärten der
Isoliermassenschicht hat sich durch diese eine dreh- und verschiebefeste
formschlüssige Verbindung
zwischen Kommutator 1 und Läuferwelle 7 ausgebildet.
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Dieser
Zustand ist in der 2b veranschaulicht, welche eine
Schnittdarstellung eines Läufers
mit vollständig,
d. h. in die gewünschte
Position auf der Läuferwelle 7 aufgeschobenem
Kommutator 1 zeigt. Aus der 2b ist
ersichtlich, dass durch das erfolgte Aufschieben des Kommutators 1 auf
die Läuferwelle 7 die
gemäß 2a auf
der Läuferwelle 7 vorgesehene,
sich im plastischen Zustand befindliche Isoliermas senschicht 9 beim
Aufschieben des Kommutators 1 auf die Konusoberfläche 2a aufgeschoben
und in die oben genannte Aufnahmefächer, die sich auf der Konusoberfläche 2a des
Kommutators 1 befinden, eingeleitet wird.
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Zur
Herstellung eines erfindungsgemäßen Läufers für einen
Elektromotor wird im Läuferpaket-Nutisolierungsprozess
die Läuferwelle 7 in
Richtung der Stelle, an welcher der Kommutator 1 befestigt
werden soll, ebenfalls mit einer Isoliermassenschicht 9,
beispielsweise einer Sinterpulverschicht, überzogen. Beim anschließenden Aufschieben
des Kommutators 1 auf die Läuferwelle 7 in Richtung
des Läuferpaketes 8 bis
in den durch Isoliermasse überzogenen
Bereich der Läuferwelle,
wird die sich im plastischen oder teigigen Zustand befindliche Isoliermasse
verdrängt,
schiebt sich auf die Konusoberfläche
des Kommutatorkerns auf und wird in die Aufnahmefächer zwischen
den Kommutatorhakenstützelementen 6 eingeleitet.
Die Kommutatorhakenstützelemente 6 dienen
somit nicht nur zur Abstützung
der Kommutatorhaken 5, sondern auch zur Bildung der genannten
Aufnahmefächer
für die
Sinterpulverschicht 9.
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Nach
dem Aushärten
der Isoliermassenschicht 9 ist der Kommutator 1 durch
eine formschlüssige
und haftende Verbindung mit der Isoliermassenschicht und über diese
mit der Läuferwelle dreh-
und verschiebefest verbunden.