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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Elektromotorkommutierungsvorrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Elektromotor gemäß Anspruch 11
sowie ein Montageverfahren gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 12.
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Aus
der
WO 02/19478 A1 ist
eine Elektromotorkommutierungsvorrichtung zur Polumschaltung einer
Ankereinheit bekannt. Die Elektromotorkommutierungsvorrichtung umfasst
eine Vielzahl von Metalllamellen, mit jeweils einem Befestigungshaken.
Jede Metalllamelle trägt ein Kohlesegment zur Bildung einer
Lauffläche. Die Fixierung eines Wicklungsdrahtes an dem
Befestigungshaken erfolgt durch einen kombinierten Stemm-/Lötprozess.
Nachteilig bei der bekannten Elektromotorkommutierungsvorrichtung
ist zum einen die aufwendige Fertigung, da zur Bildung der Lauffläche
eine Vielzahl von Kohlesegmenten an den Lamellen festgelegt werden
müssen. Zum anderen kann es beim Verlöten des
Wicklungsdrahtes an dem Hakenabschnitt aufgrund der Abwärme
zu Bauteilbeschädigungen kommen.
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Aus
der
EP 1 363 65 A1 ist
eine weitere Elektromotorkommutierungsvorrichtung bekannt, bei der
die Lauffläche ebenfalls von einer Vielzahl von Kohlesegmenten
gebildet ist. Dabei ist jedem Kohlesegment eine Metalllamelle mit
einem Klemmabschnitt zugeordnet, welcher mit Schneidflächen zum
Abisolieren des Wicklungsdrahtes versehen ist. Zum Festlegen eines
Wicklungsdrahtes an dem Klemmabschnitt wird der Wicklungsdraht in
den Klemmabschnitt mittels einer Ankerwicklungsmaschine eingezogen.
Die beschriebene Elektromotorkommutierungsvorrichtung hat den Vorteil,
dass kein Lötprozess zum Festlegen des Wicklungsdrahtes notwendig
ist. Nachteilig ist jedoch der vergleichsweise komplexe Aufbau des
Klemmabschnittes und das aufwendige Aufbringen von Kohlesegmenten
zur Bildung der Lauffläche.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute
Elektromotorkommutierungsvorrichtung vorzuschlagen, bei der die Wicklungsdrähte
mittels einer kalten Kontaktiertechnik festgelegt werden können
und die derart aufgebaut ist, dass die zum kontaktierenden Festlegen
eines dünnen, insbesondere als Lackdraht ausgebildeten
Wicklungsdrahtes notwendigen Toleranzen auf einfache Weise eingehalten
werden können. Weiterhin besteht die Aufgabe darin einen
entsprechenden Elektromotor sowie ein Montageverfahren zum kontaktierenden
Festlegen von Wicklungsdrähten vorzuschlagen.
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Technische Lösung
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Hinsichtlich
der Elektromotorkommutierungsvorrichtung wird die Aufgabe mit den
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hinsichtlich des Elektromotors
wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 11 und hinsichtlich
des Montageverfahrens mit den Merkmalen des Anspruches 12 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche
Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen
und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen.
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Die
Erfindung geht aus von einer Elektromotorkommutierungsvorrichtung
mit mehreren in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Metalllamellen,
insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, die zum einen
jeweils einen Laufflächenabschnitt zum unmittelbaren Kontaktieren
einer Kontaktbürste (Kohlebürste) und zum anderen
einen Klemmabschnitt zum klemmenden Kontaktieren eines Wicklungsdrahtes
aufweisen. Eine derartige Elektromotorkommutierungsvorrichtung ist
aufgrund des Verzichtes auf Kohlesegmente zur Bildung der Lauffläche
vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellbar.
Zum anderen ermöglicht das Vorsehen eines Klemmabschnittes
den Wicklungsdraht kalt zu kontaktieren und zu fixieren, wodurch
eine Beschädigung von Elektromotorkommutierungs-vorrichtungsbauteilen
durch Hitzeeinwirkung vermieden wird. Der Erfindung liegt der Gedanke
zugrunde, den Klemmabschnitt zum Klemmen des Wicklungsdrahtes als
Klemmlasche auszubilden. Bevorzugt umfasst die Klemmlasche zwei
einstückig miteinander ausgebildete Klemmschenkel, von
denen zumindest einer beim Einklemmen des Wicklungsdrahtes elastisch
aufgebogen wird, wodurch die Schenkel den Wicklungsdraht klemmend
zwischen sich aufnehmen. Mit Vorteil ist die Klemmlasche derart
ausgebildet, dass auf ein Verstemmen der Schenkel nach dem Einführen
des Wicklungsdrahtes verzichtet werden kann. Aufgrund der Erfindung
kann auf eine separate Leiteraufnahmeeinheit verzichtet werden,
da sämtliche zur klemmenden Aufnahme des Wicklungsdrahtes
notwendigen Bauelemente unmittelbar von der Metalllamelle bereit
gestellt werden. Die Widerlagerfunktion der im Stand der Technik
notwendigen, separaten Leiteraufnahmeeinheit wird von einem der
vorzugsweise zwei Schenkel der Klemmlasche übernommen.
Aufgrund dieser einteiligen Ausbildung der gesamten Klemmeinrichtung
können die zur Kontaktierung von als Lackdrähten
(Metalldrähte mit Lackisolierung) ausgebildeten Wicklungsdrähten, insbesondere
mit einer Dicke von etwa 0,6 mm, notwendigen Toleranzen auf einfache
Weise eingehalten werden. Auf eine exakte toleranzbehaftete Festlegung
der Metalllamelle relativ zu einem separaten Bauteil (Leiteraufnahmeeinheit)
kann aufgrund der Erfindung mit Vorteil verzichtet werden.
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Es
hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, die Klemmlasche
in Richtung des Laufflächenabschnittes der Metalllamelle
geöffnet anzuordnen, d. h. die Metalllamelle ist in Richtung
der von einem Wicklungskopf einer Ankereinheit abgewandten Seite
geöffnet. Hierdurch ist die Klemmlasche bzw. die Klemmlaschenöffnung
zum Einführen des Wicklungsdrahtes gut zugänglich,
da der Wicklungskopf der Ankereinheit den Zugang nicht behindert.
Dies wiederum ermöglicht den Einsatz einer besonders schonenden
Stempeltechnik zum Einbringen des Wicklungsdrahtes in den zugehörigen,
laschenförmigen Klemmabschnitt. Ein Einziehen des Drahtes
in den Klemmabschnitt durch die Ankerwicklungsmaschine kann mit
Vorteil unterbleiben, wodurch die Gefahr einer Beschädigung
des Wicklungsdrahtes minimiert wird.
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Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform bei der die
Klemmlasche nicht ausschließlich als Klemmmittel dient,
sondern bei der die Klemmlasche zusätzlich Abisoliermittel
zum Abisolieren des Wicklungsdrahtes aufweist, so dass eine elektrisch
leitende Kontaktierung des Wicklungsdrahtes durch die Klemmlasche
sichergestellt ist. Auf separate Abisoliermittel kann dabei mit
Vorteil verzichtet werden. Bevorzugt befinden sich die Abisoliermittel
in einem vorderen Bereich der Klemmlasche, also im Öffnungsbereich
der Klemmlasche, wohingegen das eigentliche Klemmen des Wicklungsdrahtes
in einem hinteren Abschnitt der Klemmlasche erfolgt.
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Bevorzugt
ist eine Ausführungsform, bei der die Abisoliermittel,
insbesondere ein geriffelter Bereich der Klemmlasche, den Wicklungsdraht
klemmend aufnehmen, der Klemmbereich also unmittelbar von den Abisoliermitteln
gebildet wird.
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Von
besonderem Vorteil ist es, die Abisoliermittel als Raspelzähne
auszubilden. Diese sind fertigungstechnisch, insbesondere durch
einen Prägeprozess einfach in mindestens einen Schenkel
der Klemmlasche einbringbar. Mittels der Raspelzähne wird
der Wicklungsdraht beim Einführen in die Klemmlasche automatisch
abisoliert, d. h., die Lackschicht des Wicklungsdrahtes wird entfernt
oder zumindest derart beschädigt, dass eine elektrische Kontaktierung
im hinteren Bereich der Klemmlasche ermöglicht wird. Zusätzlich
oder alternativ zu dem Vorsehen von Raspelzähnen ist der
Einsatz mindestens einer Schneidklinge im Öffnungsbereich
der Klemmlasche denkbar.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass als
Abisoliermittel zwei einander gegenüberliegende Reihen
von Raspelzähnen vorgesehen sind. Jede Reihe von Raspelzähnen
befindet sich dabei bevorzugt an einem der zwei gegenüberliegenden,
einstückig miteinander ausgebildeten Klemmschenkeln der
Klemmlasche.
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Gemäß einer
ersten Alternative der Erfindung ist die Lauffläche der
Elektromotorkommutierungsvorrichtung zur Auflage der Kontaktbürsten
auf einer äußeren Mantelfläche der Elektromotorkommutierungsvorrichtung
angeordnet. Die mindestens eine Kontaktbürste ist also
bevorzugt in radialer Richtung nach innen federkraftbeaufschlagt.
Bei dieser Ausführungsform ist der Laufflächenabschnitt
der Metalllamelle bevorzugt in Umfangsrichtung gewölbt
ausgebildet, beschreibt also einen Teilkreis.
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Gemäß einer
zweiten Alternative der Erfindung ist die Lauffläche nicht
am Außenumfang der Elektromotor-kommutierungsvorrichtung,
sondern stirnseitig angeordnet, sodass die mindestens eine die Lauffläche
kontaktierende Kontaktbürste in axialer Richtung federkraftbeaufschlagt
ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Laufflächen-abschnitt
um etwa 90° zu der Klemmlasche bzw. zu den Klemmschenkeln
der Klemmlasche abgewinkelt. Bevorzugt verjüngt sich der
Laufflächenabschnitt dabei in radialer Richtung nach innen
tortenstückförmig.
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Zweckmäßig
ist es, den ein freies Ende aufweisenden Klemmschenkel der Klemmlasche
im Bereich seines freien Endes anzufasen, oder trichterförmig
nach oben zu biegen. Anders ausgedrückt verjüngt
sich die Klemmlasche bereits unmittelbar in ihrem Öffnungsbereich
in Richtung des Klemmlaschenendes. Durch diese Ausführungsform
wird die Öffnungsfindung bei der Montage, insbesondere
beim Klemmen des Wicklungsdrahtes erleichtert.
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Zur
Kontaktierung von Wickelanfang und Wickelende können Metalllamellen
mit zwei, insbesondere in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten,
Klemmlaschen eingesetzt werden.
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Fertigungstechnisch
ist es von Vorteil, wenn die Metalllamellen als Stanzbiegeteile
ausgebildet sind, wobei bevorzugt zunächst die Grundform
aus einem Blech ausgestanzt wird, woraufhin die Abisoliermittel
in einen länglichen Fortsatz eingeprägt werden.
Der längliche Fortsatz wird daraufhin derart umgebogen,
dass zwei zumindest näherungsweise parallel zueinander
verlaufende, die Klemmlasche bildenden Klemmschenkel entstehen.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch ein Elektromotor mit einer zuvor beschriebenen
Elektromotorkommutierungs-vorrichtung wobei die Metalllamellen der
Elektromotorkommutierungsvorrichtung in Umfangsrichtung nebeneinander
sowie voneinander isoliert angeordnet sind.
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Das
erfindungsgemäße Montageverfahren zum kontaktierenden
Festlegen eines Wicklungsdrahtes an einer Elektromotorkommutierungsvorrichtung
zeichnet sich dadurch aus, dass der Wicklungsdraht nicht in den
Klemmabschnitt eingezogen wird, sondern, dass der Wicklungsdraht
mittels eines Stempels in den Klemmabschnitt eingepresst wird. Bevorzugt
ist eine Stempelvorrichtung derart ausgebildet, dass sämtliche
Wicklungsdrähte gleichzeitig in ihren jeweiligen Klemmabschnitt
quer zur Längserstreckung des Wicklungsdrahtes eingepresst
werden können. Hierdurch wird die Taktzeit der Montage
reduziert.
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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 Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 einen
Elektromotor mit einer Ankereinheit und einer Elektromotorkommutierungsvorrichtung
in einer Seitenansicht,
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2 eine
erste Ausführungsform einer Metalllamelle der. Elektromotorkommutierungsvorrichtung
und
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3 eine
alternative Ausführungsform einer Metalllamelle mit abgewinkeltem
Laufflächenabschnitt.
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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 Bezugzeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt
einen Ausschnitt eines Elektromotors 1 mit einer Ankereinheit 2,
einer Ankerwelle 3 und einer Elektromotorkommutierungsvorrichtung 4 mit
einem drehfest auf der Ankerwelle angeordneten Kommutator 5 und
zwei einander gegenüberliegenden Kontaktbürsten 6, 7 die
radial nach innen auf eine am Außenumfang des Kommutators 5 ausgebildete
Lauffläche 8 federkraftbeaufschlagt sind. Die Kontaktbürsten 6, 7 sind
dabei elektrisch kontaktiert (nicht gezeigt) und dienen zur elektrischen
Kontaktierung von in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten,
die Laufflächen bildenden Metalllamellen 9. Die
Metalllamellen 9 sind dabei voneinander isoliert auf einem
ringförmigen Kunststoffträger 16 angeordnet.
Von der Ankereinheit 2 sind ein Wicklungskopf 10,
als Lackdrähte ausgebildete Wicklungsdrähte 11,
die auf dem Wicklungskopf 10 angeordnet sind, sowie Eisenkerne 12 und
Wicklungsnuten 13 zu erkennen.
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Die
Metalllamellen 9 des Kommutators 5 weisen einen
die Lauffläche 8 bildenden Laufflächenabschnitt 14 sowie
einen einstückig damit ausgebildeten, als Klemmlasche ausgeformten
Klemmabschnitt 15 auf. Die Metalllamellen 9 sind
in ihrem Klemmabschnitt 15 mit jeweils einem Wicklungsdraht 11 elektrisch
leitend verbunden. Dabei sind die Klemmabschnitte 15 im
Elektromotor 1 axial zwischen den Laufflächenabschnitten 14 der
Metalllamellen 9 und dem Wicklungskopf 11 angeordnet.
Wie später noch erläutert werden wird, sind die
als Klemmlaschen ausgebildeten Klemmabschnitte 14 in der
Zeichnungsebene nach links, also von der Ankereinheit 12 wegweisend
geöffnet ausgebildet. Während des Betriebs des
Elektromotors 1 sind die Kontaktbürsten 6, 7 abwechselnd
in elektrischem Kontakt mit den Laufflächenabschnitten 14 der
Metalllamellen 9, woraus Polumschaltungen der Ankereinheit 12 resultieren.
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In 2 ist
eine mögliche Ausführungsform einer Metalllamelle 9 gezeigt.
Zu erkennen ist dabei ein sich in axialer Richtung erstreckender
Laufflächenabschnitt 14, der in einen laschenförmigen Klemmabschnitt 15 übergeht.
Der Klemmabschnitt 14 ist planeben dargestellt. Nach einem
fakultativen Biegeschritt, erhält der Laufflächenabschnitt 14 eine strichliert
angedeutete bogenförmige Kontur zur Bildung einer Lauffläche 8 am
Außenumfang des Kommutators 5 (vgl. 1).
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Der
im Wesentlichen rechteckförmig konturierte Laufflächenabschnitt 14 geht
in den in Umfangsrichtung gesehenen schmäleren Klemmabschnitt 15 über.
Letzterer umfasst zwei zumindest näherungsweise parallel
zueinander verlaufende Klemmschenkel 17, 18, die
in einem Biegeabschnitt 19 im axialen Endbereich des Klemmabschnittes 15 einstückig
ineinander übergehen. Der in der Zeichnungsebene untere
Klemmschenkel 17 liegt im Wesentlichen in der Ebene des
Laufflächenabschnittes 14, wohingegen der in der
Zeichnungsebene obere Klemmschenkel oberhalb dieser Ebene angeordnet
und von dieser Ebene zur klemmenden Aufnahme eines Wicklungsdrahtes 11 elastisch
wegbiegbar ist.
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Im
Bereich eines freien Endes 20 des in der Zeichnungsebene
oberen Klemmschenkels 18 ist der Klemmschenkel 18 angefast,
sodass eine vergrößerte Klemmlaschenöffnung 21 gebildet
ist. Diese vergrößerte Klemmlaschenöffnung 21 ermöglicht
ein erleichtertes Einpressen eines Wicklungsdrahtes 11, insbesondere
mittels einem Stempelwerkzeug, das den Wicklungsdraht 11 in
axialer Richtung des Klemmabschnittes 15 kraftbeaufschlagt.
Der in Richtung des Laufflächenabschnittes 14 offene,
laschenförmige (hakenförmige) Klemmabschnitt 15 ist
in einem vorderen Bereich mit Abisoliermitteln 22 versehen. Diese
dienen zum Abisolieren des Wicklungsdrahtes 11 beim Einführen
in den Klemmabschnitt 15. Die Abisoliermittel 22 sind
als zwei parallele Reihen 23, 24 von in diesem
Ausführungsbeispiel jeweils vier Raspelzähnen
ausgebildet, wobei sich die Zahnspitzenkanten quer zur Längserstreckung
des Klemmabschnittes 15 erstrecken. Die eigentliche Klemmung
des Wicklungsdrahtes 11 erfolgt in einen hinteren Klemmbereich
des laschenförmigen Klemmabschnittes 15, dessen
Querschnitt bei nicht eingeführtem Wicklungsdraht 11 geringer
ist als der Wicklungsdrahtdurchmesser. Gegebenenfalls kann der Klemmbereich
des Klemmabschnitts 15 auch unmittelbar von den Abisoliermitteln,
insbesondere den Reihen 23, 24 von Raspelzähnen
gebildet werden.
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Zur
Fertigung der Metalllamelle 9 wird zunächst der
Laufflächenabschnitt 14 gemeinsam mit einem aus
den späteren Klemmschenkeln 17, 18 gebildeten
Fortsatz aus einem Metallblech ausgestanzt. Daraufhin werden die
Abisoliermittel 22 eingeprägt, woraufhin ein Umbiegen
des in der Zeichnungsebene oberen Klemmschenkels 18 im
Biegeabschnitt 19 erfolgt. Gleichzeitig oder danach wird
der Laufflächenabschnitt 14 bevorzugt in Umfangsrichtung
gebogen.
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In 3 ist
eine alternativ ausgebildete Metalllamelle 9 gezeigt. Diese
dient zur Bildung einer stirnseitigen Lauffläche. Der Laufflächenabschnitt 14 ist
um etwa 90° zur Längserstreckung des laschenförmigen
Klemmabschnittes 15 abgewinkelt, wobei die Ausbildung des
Klemmabschnittes 15 der Ausbildung des Klemmabschnittes 15 gemäß 2 entspricht,
sodass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die diesbezügliche
Figurenbeschreibung verwiesen wird. Der Laufflächenabschnitt 14 ist
im Wesentlichen tortenstückförmig konturiert und
erstreckt sich im montierten Zustand radial nach innen in Richtung der
Ankerwelle 3.
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In 3 ist
zur Verdeutlichung der Klemmsituation eines Wicklungsdrahtes 11 ein
Wicklungsdraht 11 in seiner Klemmposition im Klemmbereich des
Klemmabschnittes 15 gezeigt. Zum Klemmen des Wicklungsdrahtes 11 wird
dieser in Pfeilrichtung 25 mittels einer nicht gezeigten
Stempelvorrichtung kraftbeaufschlagt, wodurch in Längsrichtung
auf den Wicklungsdraht 11 wirkende (ziehende) Kräfte,
die ein Abreißen des Wicklungsdrahtes 11 zur Folge
haben können, vermieden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 02/19478
A1 [0002]
- - EP 136365 A1 [0003]