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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Plankommutator gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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Derartige
Plankommutatoren für
elektrische Maschinen sind weithin bekannt. 5 zeigt
eine Seitenansicht eines hausinternen Standes der Technik. Dieser
Plankommutator 1 weist einen Nabenkörper 2 aus Kunststoff
auf, der bei seinem Einsatz in einer elektrischen Maschine drehfest
mit einer Ankerwelle verbunden ist. Auf einer Stirnseite 3 des
Plankommutators 1 sind in Umfangsrichtung mehrere voneinander
beabstandete Kontaktsegmente 4, insbesondere Kohlesegmente,
angeordnet, welche stirnseitig eine ebene Bürstenlauffläche 5 für mindestens
eine Kohlebürste
bilden. Jedes Kontaktsegment 4 ist fest leitend mit einem
Radialabschnitt eines Segmenttragteils 6 verbunden. Jeder
Radialabschnitt geht in einen um 90° abgewinkelten Axialabschnitt 7 über, an
dessen dem Radialabschnitt abgewandten Ende ein Wicklungsanschlusshaken 8 zur
Festlegung von Wicklungsdraht, insbesondere im Hot-Staking-Verfahren,
vorgesehen ist. Zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten
Axialabschnitten 7 ist ein in axialer Richtung verlaufender Steg 9 vorgesehen,
welcher Teil des Nabenkörpers 2 ist.
Jeder Steg 9 hat eine Radialerstreckung von etwa 2 mm,
welche radial innen in den Nabenvollkörper übergeht. Dies entspricht in
etwa der Materialstärke der
Axialabschnitte 7 in radialer Richtung. Die gegenüberliegenden
Längsseiten 10, 11 jedes Steges 9 sind
parallel zueinander ausgerichtet, so dass der Steg 9 in
der dargestellten Seitenansicht ein im Wesentlichen rechteckförmiges Umfangsprofil
aufweist. Nachteilig bei dem bekannten Plankommutator 1 ist es,
dass es während
der Montage des Plankommutators 1 an eine elektrische Maschine
zu einem Abbrechen oder Abscheren von Teilen der Stege 9 kommen
kann und diese Bruchstücke
sich in Luftspalten 12 zwischen den Kontaktsegmenten 4 festsetzen. Während des
Betriebes einer mit dem gezeigten Plankommutator 1 ausgerüsteten elektrischen
Maschine können
sich diese Bruchstücke
aus den Luftspalten 12 lösen und in der Folge die elektrische Maschine
oder andere Bauelemente, insbesondere bei dem Einsatz des Kommutators
in einer Kraftstoffpumpe, beschädigen.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Plankommutator
mit einem robusteren Nabenkörper
vorzuschlagen.
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Technische Lösung
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus
zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den
Ansprüchen
offenbarten Merkmale.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zur randseitigen Stabilisierung
des Nabenkörpers
die Stege in dem hakenseitigen Endbereich und/oder in dem axial
gegenüberliegenden kontaktsegmentseitigen
Endbereich in Umfangsrichtung verbreitert auszubilden. Hierdurch
wird einem Abbrechen oder Abscheren von Teilen des Steges bei der
Weiterverarbeitung des Plankommutators im Anker einer elektrischen
Maschine vorgebeugt. Durch die Verbreiterung in Umfangsrichtung
in zumindest einem axialen Endbereich des Steges wird u.a. ein für Kunststoffe günstigerer
Faserverlauf realisiert, was sich positiv auf die Robustheit des
bevorzugt aus Kunststoff ausgebildeten Nabenkörpers auswirkt. Da als Materialien
zur Herstellung des Nabenkörpers,
also auch der Stege, bevorzugt Duroplaste mit Glasfasern oder Glaskügelchen
und/oder ähnlichen
anderen verfestigenden Elementen verwendet werden, trägt auch
deren homogene Verteilung aufgrund einer größeren Kunststoff-Masse in dem
verbreiterten Abschnitt der Stege zu einer Stabilisierung und zur
Erhöhung
der mechanischen Festigkeit des Nabenkörpers in diesen Bereichen bei.
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Mit
Vorteil ist die Erstreckung der Stege in radialer Richtung gering.
Bevorzugt entspricht die Radialerstreckung der Stege zumindest im
Wesentlichen der Radialerstreckung (Materialstärke) der flachen, im Wesentlichen
plattenförmigen,
sich in axialer und in Umfangsrichtung erstreckenden Axialabschnitte
der bevorzugt aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildeten
Segmenttragteile. Die Stege haben vor allem die Aufgabe, die einander
zugewandten Seitenflächen
der Axialabschnitte abzudecken, um diese einerseits elektrisch gegeneinander zu
isolieren und andererseits vor dem Angriff aggressiver Medien, beispielsweise
Kraftstoff, zu schützen. Dies
ist besonders wichtig, wenn der Kommentator Teil einer kraftstoffdurchströmten Kraftstoffpumpe
ist. Die Radialerstreckung der Stege beträgt etwa 1 mm bis 2 mm, vorzugsweise
etwa 1,5 mm, wobei die Stege radial innen in den Nabenvollkörper übergehen.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die
Verbreiterung der Stege in Umfangsrichtung symmetrisch zu einer
durch den Steg verlaufenden, gedachten Symmetrieebene ausgebildet
ist. Hierdurch wird eine gleichmäßige Kraftverteilung
erreicht.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Stege sich trapezförmig
bzw. V-förmig
verbreiternd ausgebildet sind. Hierzu weist der sich verbreiternde
Abschnitt bevorzugt zwei unter einem Winkel zueinander verlaufende,
ebene Schrägseiten
auf.
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Ferner
ist es denkbar, die Seitenflächen
im sich verbreiternden Abschnitt der Stege bogenförmig, insbesondere
nach innen, zu krümmen.
Durch die Vermeidung von Ecken wird die Stabilität des Nabenkörpers weiter
erhöht.
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Mit
Vorteil ist vorgesehen, dass die Axialabschnitte der Segmenttragteile
an den sie voneinander beabstandeten Stegen anliegen, so dass die
Umfangskontur der Axialabschnitte und die Kontur der Stege aneinander
angepasst sind. Hieraus ergibt sich, dass die Axialabschnitte in
zumindest einem axialen Endbereich in Umfangsrichtung verschmälert ausgebildet
sind. Hierdurch werden scharfkantige Eckbereiche, wie diese bei
den im Wesentlichen rechteckig konturierten Axialabschnitten aus
dem Stand der Technik vorkommen, reduziert, bevorzugt vermieden,
wodurch Hitzekonzentrationen in den randseitigen Bereichen der Axialabschnitte,
wie diese bei bekannten Plankommutatoren regelmäßig vorkommen, mit Vorteil
vermieden werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass in
den Axialabschnitten der Segmenttragteile, bevorzugt auf der an
die Kontaktsegmente angrenzenden Seite, jeweils eine Aussparung vorgesehen
ist, welche zumindest abschnittsweise bogenförmig konturiert ist, um den
Wärmefluss
von dem Wicklungsanschlusshaken zu den Befestigungsabschnitten zu
verschlechtern, wodurch eine Beeinträchtigung der Verbindung (insbesondere
Lötverbindung)
zwischen Kontaktsegmenten und Befestigungsabschnitten bei der Befestigung
von Wicklungsdraht an den Wicklungsanschlusshaken mittels des hot-staking-Prozesses
vermieden wird. Gleichzeitig dient die Ausnehmung, welche bevorzugt
mit Nabenkörpermaterial
ausgefüllt
ist, als zusätzliche Verankerung
für das
entsprechende Segmenttragteil, wodurch zumindest teilweise aus schräg oder senkrecht
in den Nabenkörper
hineinragende Verankerungskrallen verzichtet werden kann, was die
Herstellung und die Handhabung der Segmenttragteile erleichtert.
Ein weiterer Vorteil im Vorsehen einer derartigen Ausnehmung ist
darin begründet,
dass die Gefahr von Rissbildungen, insbesondere in randseitigen
Nabenkörperabschnitten
mit geringer Wandstärke
minimal wird. Dies ist u.a. auf einen durch die Ausnehmung verbesserten
Materialfluss des Nabenkörpermaterials
und im Bereich der Ausnehmung vergrößerte Materialstärke zurückzuführen.
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Als
Material zur Herstellung des Nabenkörpers eignet sich insbesondere
eine Kunststoffpressmasse, bevorzugt kommen Duroplaste mit verfestigenden
Elementen zum Einsatz. Bei derartig ausgebildeten Nabenkörpern wirkt
sich die verbreiterte Ausbildung der Stege besonders vorteilhaft
auf die Widerstandsfähigkeit
gegen Zug- und/oder Druckkräften
aus.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand
der Zeichnung; diese zeigt in:
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1:
eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Plankommutators,
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2:
eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Plankommutators,
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3:
eine Draufsicht auf die Bürstenlauffläche eines
Plankommutators,
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4:
eine geschnittene Darstellung des Plankommutators gemäß 3 entlang
der Schnittlinie A-A und
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5:
einen Plankommutator in Seitenansicht nach dem Stand der Technik.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist
ein Plankommutator 1 für
eine ansonsten bekannte elektrische Maschine gezeigt. Der Plankommutator 1 ist
im montierten Zustand in Richtung seiner Längsachse L von einer Ankerwelle durchsetzt
und drehfest mit dieser verbunden.
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Der
Plankommutator 1 weist einen Kunststoff-Nabenkörper 2 auf.
An der in 3 in einer Draufsicht dargestellten
Stirnseite 3 sind in Umfangsrichtung eine Vielzahl von
voneinander beabstandeten Kontaktsegmenten 4 aus Kohlenstoff
angeordnet. Diese bilden zusammen eine stirnseitige, ebene Bürstenlauffläche für mindestens
eine Bürste
der nicht gezeigten elektrischen Maschine.
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Jedes
Kontaktsegment 4 ist mit einem sich in radialer Richtung
erstreckenden, plattenförmigen,
in 4 gezeigten, Radialabschnitt 13 eines
als Stanzbiegeteil ausgebildeten Segmenttragteils 6 aus
Kupfer verlötet
und somit fest und elektrisch leitend verbunden. Radial außen geht
jeder Radialabschnitt 13 in einen koaxial zur Längsachse
L verlaufenden Axialabschnitt 7 des Segmenttragteils 6 über. Am
freien Ende jedes Axialabschnitts 7 ist ein Wicklungsanschlusshaken 8 zur
Befestigung von Wicklungsdraht der Ankerwicklung der elektrischen
Maschine vorgesehen.
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Wie
sich insbesondere aus 1 ergibt, ist zwischen jeweils
zwei in Umfangsrichtung benachbarten Axialabschnitten 7 ein
sich in axialer Richtung erstreckender Steg 9, welcher
einteilig mit dem Nabenkörper 2 ausgebildet
ist, vorgesehen. Die nicht gezeigte Erstreckung des Steges 9 in
radialer Richtung entspricht im Wesentlichen der aus 4 zu entnehmenden
Dicke d (Materialstärke)
der Axialabschnitte 7 in radialer Richtung. In Umfangsrichtung liegt
jeder Steg 9 an den jeweils zwei benachbarten Axialabschnitten 7 der
Segmenttragteile 6 an. Bei dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel nimmt
die Breite der Stege 9 in Umfangsrichtung zu. In einem
mittleren Bereich weisen die Stege 9 eine geringe Breite
b1 auf. Die Breite nimmt in Richtung Wicklungsanschlusshaken 8 blickend
in Umfangsrichtung zu. In den axialen Endbereichen weisen die Stege 9 eine
größere Breite
b2 auf, die in etwa der doppelten Breite
b1 im mittleren Bereich der Stege 9 entspricht.
Aus 1 ist zu erkennen, dass die Längsseiten 10, 11 in
dem sich verbreiternden Axialabschnitt des Steges 9 bogenförmig in
entgegengesetzte Umfangsrichtungen gekrümmt sind. Dadurch, dass sich
die Stege 9 in axialer Richtung gesehen in Umfangsrichtung
bogenförmig
verbreitern, verschmälern
sich die Axialabschnitte 7 in diesem Bereich entsprechend
mit einer bogenförmigen
Kontur, wodurch Eckbereiche und damit Hitzekonzentrationspunkte
vermieden werden.
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Axial
in die sich in Umfangsrichtung verbreiternden Axialabschnitte der
Stege 9 ist ein in axialer Richtung verlaufender kurzer
Schlitz 14 eingebracht. In diesem Schlitz 14 setzt
sich ein Luftspalt 12 zwischen jeweils zwei benachbarten
Kontaktsegmenten 4 in axialer Richtung fort.
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Weiterhin
ist aus 1 zu erkennen, dass in die Axialabschnitte 7 der
Segmenttragteile 6 auf der den Wicklungsanschlusshaken 8 gegenüberliegenden
Seite jeweils eine umfangsgeschlossene Ausnehmung 15 eingebracht
ist. Anstelle einer umfangsgeschlossenen Ausnehmung kann auch eine
randseitige offene Ausnehmung vorgesehen werden Die Ausbildung der
Axialabschnitte 7 und über
Ausnehmung 15 verringert den Wärmeübergang zwischen Wicklungsanschlusshaken 15 und
Radialabschnitten. Weiterhin wird durch die Ausnehmung 15 erreicht,
dass die den Axialabschnitten 7 axial benachbarten Umfangwandabschnitte 16,
welche eine geringe Materialstärke aufweisen
und die die Kontaktsegmente 4 radial außen versiegeln, weniger stark zur
Rissbildung neigen.
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Das
Ausführungsbeispiel
gemäß 2 entspricht
im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 1,
so dass im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen wird.
Bezüglich
der Gemeinsamkeiten wird auf die vorherige Beschreibung verwiesen.
Die Stege 9 verbreitern sich bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 im
Bereich der Wicklungsanschlusshaken 8 in Umfangsrichtung
nicht gekrümmt
bzw. bogenförmig,
sondern V- bzw. trapezförmig.
Auch bei den Stegen 9 gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 nimmt
die Breite b1 der Stege 9, ausgehend
von einem axial mittleren Bereich in Umfangsrichtung bis auf eine
Breite b2 in einem axialen Endbereich der
Stege 9 zu. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden randseitige Ecken
des Axialabschnittes 7 zwar nicht vermieden – die verbleibenden
Ecken sind jedoch weniger spitz, wodurch eine Hitzekonzentration
an diese Stellen zumindest vermindert wird.
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Zusätzlich oder
alternativ zu einer Verbreiterung der Stege 9 in Umfangsrichtung
im Bereich des den Wicklungsanschlusshaken zugewandten axialen Endes,
können
die Stege 9 auch im axial gegenüberliegenden Endbereich, in
den in diesem Ausführungsbeispiel
der Schlitz 14 eingebracht ist, in Umfangsrichtung verbreitert
werden.