-
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere ein Generator oder eine Andrehvorrichtung wie ein Starter zum Andrehen einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Generators oder einer Andrehvorrichtung zum Andrehen einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.
-
Stand der Technik
-
Die Erfindung geht aus von einem System mit einer elektrischen Maschine wie einem Generator, Starter oder einem Startermotor nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind elektrische Maschinen, insbesondere Generatoren, Starter und Anlasser für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, die eine elektrische Maschine mit einem Kommutator aufweisen, der mit Spulendrähten verbunden ist.
-
Aus dem Stand der Technik sind elektrische Maschinen mit Kommutatoren bekannt, bei denen eine elektrische Kontaktierung der Spulendrähte am Kommutator mittels Löten, Schweißen oder anderen thermischen Fügeverfahren erfolgt.
-
In derartigen elektrischen Maschienen werden üblichereise Kommutatoren auf Kupferbasis eingesetzt, die entsprechend mit Spulendrähten aus Kuper verbunden sind. Andere Werkstoffe lassen sich bei thermischen Fügeverfahren zur Herstellung einer Verbindung nicht vorteilhaft einsetzen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des entsprechenden Hauptanspruches oder nebengeordneten Anspruches haben dem Stand der Technik gegenüber den Vorteil, dass bei einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Generator oder einer Andrehvorrichtung wie einem Starter zum Andrehen einer Brennkraftmaschine, umfassend mindestens einen Kommutator, der über Kontaktstellen elektrisch mit Drahtendenen verbunden ist, wobei die Drahtenden an den Kontaktstellen über ein Pressbauteil auf den Kommutator aufgepresst sind, beliebige Werkstoffpaarungen von Drahtenden und Kommutator einsetzbar sind. Zudem sind die Verbindungen von Drahtenden und Kommutator in einem einzigen Arbeitsschritt realisierbar.
-
Zur Verbindung mit Spulendrähten, genaue den abisolierten Spulendrahtenden, weist der Kommutator geeignete Kontaktstellen auf. Die Kontaktstellen sind bevorzugt als sogenannte Kommutatorlamellen oder kurz Lamellen ausgebildet. Derartige Lamellen weisen jeweils eine Nut, einen Schlitz oder eine Lamellennut zur Aufnahme mindestens eines Drahtendes an einer geeigneten Kontaktstelle auf, die im Wesentlichen radial ausgerichtet ist. In Kommutatoren sind mehrere Lamellen für mehrere Drahtenden etwa radial ausgerichtet, in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet vorgesehen. In den Schlitz oder die Nut der Lamelle ist das jeweilige abisolierte Spulendrahtende eingelegt. Schlitz und Drahtende sind jeweils aufeinander abgestimmt ausgebildet. In einer Ausführungsform ist das Drahtende doppelt oder mehrfach gelegt in der Nut angeordnet. In einer anderen Ausführungsform sind zwei oder mehr Drahtenden von unterschiedlichen Drähten in einer Nut angeordnet. Der Schlitz bzw. die Nut ist bevorzugt eckig oder quaderförmig ausgebildet. Die Drahtenden sind bevorzugt rundlich oder zylindrisch ausgebildet. Um möglichst wenig Luftspalte oder Freiräume zwischen den Drahtenden und den Lamellenwandungen aufzuweisen, sind in einigen Ausführungsformen die Drahtenden in dem Schlitz komprimiert bzw. verformt angeordnet. Entsprechend sind die Drahtenden in dem Schlitz derart verformt angeordnet, dass das Drahtmaterial nach dem Komprimieren einen Teil des vor dem Komprimierenden Freiraums belegt, sodass nach dem Komprimieren der Freiraum verringert ist. In einer Ausführung ist vorgesehen, dass die Drahtenden vor einem Aufpressen des Pressbauteils in radialer Richtung über den Schlitz herausragen. Somit schließen das Drahtende und die Lamelle nicht bündig an einem radial äußeren Rand der Lamelle ab, sondern das Drahtende ragt mit einem Teil seines Umfangs über die Lamelle hinaus. Die einzelnen Lamellen sind voneinander beabstandet angeordnet. Dabei sind die Lamellen gegeneinander isoliert ausgebilder. Hierzu ist in einer Ausführung eine Isoliermasse in Umfangsrichtung, das heißt zwischen den Lamellen, vorgesehen. Damit die Drahtenden fest, insbesondere ortsfest, in dem Schlitz auch während des Betriebs angeordnet sind, werden diese über ein Pressbauteil auf den Kommutator aufgepresst. Das Pressbauteil weist eine an die Oberflächenanordnung der Lamellen angepasste innere Anlagefläche auf. Da die Lamellen etwa kreisförmig angeordnet sind, weist auch das Pressbauteil eine etwa kreisförmige Anlageläche auf. Bevorzugt ist das Pressbauteil ringkreiszylindrisch ausgebildet. Dabei ist das ringförmige Pressbauteil bevorzugt auf Aluminium- oder Kuper-Basis, aber auch auf Stahl-Basis, insbesondere Federstahlbasis, hergestellt. Nachdem das Pressbauteil mit der inneren Anschlagfläche über den Lamellen und den daraus teilweise hervorragenden Drahtenden positioniert ist, wird das Pressbauteil auf die Lamellen aufgepresst, wobei das Pressbauteil dauerhaft verformt auf den Lamellen verbleibt. Bevorzugt ist das Pressbauteil durch das Aufpressen auf die Lamellen und somit auf den Kommutator aufgepresst oder auch aufgeschrumpft. Das heißt ein Innenmaß des Pressbauteils, mit welchem das Pressbauteil den Kommutator umgibt, wird reduziert, sodass eine dauerhafte Presspassung zwischen Pressbauteil und Kommutator realisiert ist. Auf diese Weise ist ein einfacher Fügeprozess ohne thermisches Fügen realisiert. Somit lassen sich auch thermisch schlecht zusammenfügende Werkstoffpaare wie Aluminium und Kupfer oder deren Legierungen bzw. Verbindungen für die elektrische Maschine verwenden.
-
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen und nebengeordneten Ansprüchen vorgegebenen Vorrichtungen möglich.
-
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Drahtenden, die Kontaktstellen und/oder das Pressbauteil eine Isolierung aufweisen. Damit es nicht zu Kurzschlüssen zwischen den unterschiedlich gepolten Drahtenden bzw. den damit elektrisch leitend verbundenen Lamellen kommt, sind sowohl die Lamellen untereinander als auch die Drahtenden untereinander isoliert. Zwischen den Lamellen, das heißt in Umfangsrichtung, ist vorzugsweise eine Isoliermasse vorgesehen. Damit das auf die Lamellen aufgepresste Pressbauteil keine leitende Brücke zwischen den Lamellen und/oder den Drahtenden bildet, sind weiter die Drahtenden und/oder die innere Anschlagfläche des Pressbauteils isoliert. Die Isolierung dient dabei einerseits zur Vermeidung von Kurzschlüssen. Andererseits ist die Isolierung vorteilhaft gegen Verschleiß oder Korrosion ausgebildet. Dazu sind in einer Ausführungsform die Drahtenden zumindest teilweise mit einem Isoliermittel beschichtet. In einer anderen Ausführungsform sind die Drahtenden zur verbesserten elektrischen Leitung des elektrischen Stroms zu den Lamellen beschichtet. In einer anderen Ausführungsform ist eine separter Isolierring zwischen Pressbauteil und Lamellen/Kommutator vorgesehen. Beispielsweise ist der Isolierring aus einem Kunststoff oder aus einem anderen geeigneten Isoliermaterial hergestellt. Das Pressbauteil ist bevorzugt als Metallring ausgebildet, wobei der Werkstoff so ausgelegt ist, dass dieser über seine Lebensdauer eine Materialspannung hält ohne wesentlich zu Relaxieren und/oder zu Fließen. Als bevorzugte Werkstoffe sind hier Werkstoffe vorgesehen wie ein Stahlwerkstoff, beispielsweise Federstahl oder ein anderer Stahl, oder – abgestimmt auf den Belastungsfall – auch Werkstoffe wie Kupfer, Aluminium und deren Verbindungen oder Legierungen. Bevorzugt sind in einer Ausführungsform elektrisch leitende Materialien, insbesondere Materialen mit geigneten elektromechanischen Eigenschaften. In einer anderen Ausführungsform ist die Isolierung integriert in dem Pressbauteil ausgeführt. Bevorzugt ist ein Isolierring in und/oder an dem Pressbauteil ausgebildet, beispielsweise als isolierende Beschichtung oder als Spritzgussteil, die mit dem Pressbauteil verbunden sind. Beispielsweise bilden Isolierung und Pressbauteil einen Verbundwerkstoff. Das Aufpressen des Pressbauteils auf den Kommutator erfolgt bevorzugt in einem Fügeprozess mit der elektromagnetischen Pulstechnik. Hier werden keine weiteren Verbund- oder Fügestoffe, beispielsweise Kleber, Verschweißungen oder andere Füllstoffe benötigt. Das Pressbauteil wird um den Kommutator angeordnet, mit einem elektromagnetischen Puls oder mehren Pulsen beaufschlagt und durch die induzierten Wirbelströme in dem Pressbauteil schrumpft das Pressbauteil auf den Kommutator.
-
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Drahtenden aus einem Nichtkupferwerkstoff, insbesondere aus Aluminium, hergestellt sind. Der Kommutator bzw. die Lamellen sind bevorzugt aus einem Kupferwerkstoff hergestellt. In anderen Ausführungsformen sind der Kommutator und/oder die Lamellen auch aus anderen den elektrischen Strom leitenden Materialien wie Aluminium und dergleichen hergestellt. Im Sinne der Erfindung sind bei Aufzählungen von Werkstoffen immer auch deren Legierungen und Verbindungen mit eingeschlossen. Aluminiumdrahtenden und Kupferwerkstoffe lassen sich thermisch nur sehr schlecht fügen. Durch das Pressbauteil ist eine Fügeverbindung realisiert, in der sich Aluminiumdrahtenden und Kuperlamellen oder auch andere thermisch schlecht fügbare Werkstoffe optimal verwenden lassen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des entsprechenden Hauptanspruches oder nebengeordneten Anspruches hat dem Stand der Technik gegenüber den Vorteil, dass bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, insbesondere eines Generators oder einer Andrehvorrichtung zum Andrehen einer Brennkraftmaschine, umfassend mindestens einen Kommutator, der über Kontaktstellen elektrisch mit Drahtendenen verbunden wird, wobei die Drahtenden an den Kontaktstellen über ein Pressbauteil auf den Kommutator aufgepresst werden, sich für die Drahtenden und den Kommutator auch Werkstoffe verwenden lassen, die über ein thermisches Fügeverfahren nur schlecht oder gar nicht verbindbar sind. Durch das Aufpressen wird das Pressbauteil zumindest in einem Innenabmaß reduziert – geschrumpft – sodass dieses ortsfest an dem Kommutator anliegt. Die Drahtenden lassen sich in einem einzigen Arbeitsschritt mit dem Kommutator verbinden.
-
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Pressbauteil mittels eines Fügeprozesses mit der elektromagnetischen Pulstechnik aufgepresst wird. Grundsätzlich sind auch andere Fügeverfahren denkbar. Der Fügeprozess nach der elektromagnetischen Pulstechnik weist den Vorteil auf, dass durch die hohe Umformgeschwindigkeit aufgrund der kurzen Pulsdauer und der hohen Krafteinwirkung eine Rückfederung minimiert ist und ein Pressbauteil dauerhaft aufgepresst wird.
-
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass vor dem Aufpressen die Drahtenden in Radialrichtung überstehend in Lamellennuten eingelegt werden. Durch den Überstand vor dem Aufpressen und die Verformung mittels Aufpressen, sodass kein Überstand mehr vorhanden ist, werden die Drahtenden in den Lamellennuten komprimiert und Freiräume wie Lufteinschlüsse verringert. Hierdurch steigen die Festigkeit und die Lebensdauer der Verbindung.
-
Zudem ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass nach dem Einlegen und vor dem Aufpressen die Drahtenden in den Lamellennuten komprimiert werden. Durch ein vorheriges Komprimieren und damit einem Verringern von Freiräumen werden die Festigkeit und die Lebensdauer zudem erhöht. Nach dem Komprimieren vor dem Aufpressen bleibt ein Überstand der Drahtenden radial über die Lamelle bestehen. Erfolgt nun das Aufpressen, wird das vorkomprimierte Drahtende noch weiter komprimiert und verbleibende Freiräume werden weiter minimiert.
-
Auch ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Drahtenden, die Kontaktstellen und/oder das Pressbauteil isoliert werden. Um Kurzschlüsse oder ungewollte Stromflüsse zwischen den Drahtenden und/oder den Lamellen zu verhindern, sind Isolierungen vorgesehen. Die Isolierung erfolgt bevorzugt an den Drahtenden, den Lamellen und/oder dem Pressbauteil. In einer Ausführungsform werden beispielsweise die Drahtenden beschichtet. In einer anderen Ausführungsform wird das Pressbauteil an einer den Drahtenden zugewandten Seite beschichtet. In anderen Ausführungsformen werden Wandungen der Lamellen beschichtet. Das Beschichten wird mit einem geeigneten Isoliermaterial durchgeführt. Die einzelnen Lamellen werden untereinander durch eine geeignete Isoliermasse isoliert. Die Isolierung erfolgt zumindest hinsichtlich einer elektrischen Leitung. Andere Isolierung, zum Beispiel thermische Isolierungen oder dergleichen sind durchführbar.
-
Nicht zuletzt sieht eine Ausführungsform vor, dass alle Drahtenden gemeinsam aufgepresst werden. Das Aufpressen der Drahtenden erfolgt in einem einzigen Fügeprozess. Hierzu wird das ringförmige Pressbauteil um den Kommutator gebracht. Die Kommutator-Pressbauteil-Anordnung wird in ein Presswerkzeug gebracht. Das Presswerkzeug wirkt umfänglich auf das gesamte Pressbauteil ein. Bevorzugt ist das Presswerkzeug hierzu ebenfalls kreisringförmig ausgebildet. In dessen innerem Aufnahmeraum wird das Pressbauteil samt Kommutator angeordnet. Dann wirkt ein Impuls oder ein Puls oder wirken mehrere Impulse oder Pulse auf das Pressbauteil ein. Das Pressbauteil wird zumindest hinsichtlich dessen Innenabmaß komprimiert und so auf den Kommutator geschrumpft, aufgepresst oder gefügt.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich wie folgt darstellen: Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung aller elektrischen Verbindungen am Kommutator in einem einzigen Füge-Prozessschritt, ohne Anwendung von thermischen Fügeverfahren. Hierzu werden die abisolierten Drahtenden der Spulen (Steckwicklung und dergleichen) in Schlitze des Kommutators, genauer in Lamellennuten der als Lamellen ausgebildeten Kontaktstellen, eingelegt. Die Drahtenden und/oder die Kommutator-Kontaktstellen können zum Schutz gegen Korrosion oder zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften vorteilhaft beschichtet werden. Die Nut im Kommutator ist entsprechend der Drahtdurchmesser in Länge, Breite und/oder Tiefe an den Querschnitt und/oder die Form des Drahtendes angepasst. Erfindungsgemäß steht vor dem Fügeprozess noch ein Teil des Drahtendes aus der Nut im Kommutator heraus. Vorteilhaft kann durch mechanisches Umformen der Draht noch in die Nut verdichtet oder komprimiert werden, sodass der Draht sich bereits in der Nut anlegt und Hohlräume geschlossen oder zumindest minimiert werden. Ein Teil des Drahtes steht vorteilhaft auch nach dem Komprimieren noch über die Nut im Kommutator heraus. In einem weiteren Schritt werden ein Isolierring sowie ein als Metallring ausgebildetes Pressbauteil über den Kommutator mit den eingelegten Drahtenden gesteckt. Der Isolierring kann aus entsprechend gestaltetem Kunststoff oder aus einem anderen geeigneten isolierenden Material bestehen. Der Metallring ist vorzugsweise aus einem Werkstoff, welcher über Lebensdauer die Materialspannung hält ohne zu schnell zu Relaxieren oder zu Fließen. Vorzugsweise eignet sich hier ein Stahlwerkstoff (Federstahl oder anderer Stahl) oder je nach Anwendungsfall (Belastung, Temperatur etc.) auch Werkstoffe wie Kupfer oder Aluminium. In einer weitergehenden Ausführung kann auf den Isolierring verzichtet werden, wenn die Isolierung direkt, beispielweise als Beschichtung oder als Spritzgussteil oder Ähnliches mit dem Metallring bereitsgestellt wird. Je nach Anwendungsfall und der zu isolierenden Strömen zwischen den einzelnen Nuten des Kommutators wird ein ausreichend gut beschichtetes Stahlblech verwendet. Ist das ringförmige Pressbauteil mit seiner inneren Anlage dem Kommutator zugewandt um den Kommutator angeordnet, so wird diese Anordnung in eine Spule gestellt und mit einem elektromagnetischen Impuls beaufschlagt. Dabei werden in der sehr kurzen Zeit des elektromagnetischen Pulses (wenige 10µs) Wirbelströme im Metallring induziert, die sich vom erzeugten Magnetfeld der Spule abstoßen und so den Metallring auf den Kommutator beschleunigen. Dadurch entsteht aufgrund der hohen Umformgeschwindigkeit ein rückfederungsfreies oder nahezu rückfederungsfreies Umformen. Aufgrund der geringen bzw. nicht vorhandenen Rückfederung des Metallringes kann die aufgebaute Fügekraft, welche die Drähte in die Nut des Kommutators drückt, über sehr lange Zeit aufrecht erhalten werden. Durch die hohe Verdichtung der Drähte in der Nut ist die Verbindung praktisch gasdicht und bietet somit nur geringe Angriffsmöglichkeiten für Korrosion etc, was die Gefahr eines elektrischen Ausfalls der Verbindung (Hoch-Ohmigkeit) deutlich reduziert. Des Weiteren sichert der Metallring die Drähte bei hohen Drehzahlen in der Nut vor den dann herrschenden hohen Fliehkräften. Daraus resultieren unter anderem die Vorteile, dass eine einfache Verbindung von Draht oder Drähten an Kommuatatoren elektrischer Maschinen realisiert ist. Vorarbeiten, wie Behandeln der Drahtenden (außer Abisolieren) oder der Kontaktstellen entfallen. Insbesondere wenn Werkstoffe verbunden werden sollen, bei denen klassische Fügeverfahren aufgrund metallurgischer oder anderer Gegebenheiten nicht geeignet sind (beispielsweise Alumium-Draht an Kupferkommutator) eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren. Weitere Vorteile sind, dass alle Verbindungen auf einen Schuss herstellbar sind, die Sicherung der Drähte in der Nut durch ein Fügewerkzeug (Metallring) sicher und über die Lebensdauer hatlbar sind, eine stabile Verbindung mit hohen Verbindungsfestigkeiten realisiert ist und das Verfahren mit wenig Aufwand durch kurze Taktzeiten realisierbar ist.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 in einer perspektivischen Ansicht schematisch einen Kommutator einer elektrischen Maschine,
-
2a in einer anderen perspektivischen Ansicht den Kommutator nach 1 mit einem höheren Detaillierungsgrad,
-
2b in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt des Kommutators nach 2a,
-
3 schematisch in einer Querschnittsansicht einen Ausschnitt des Kommutators im Bereich der Kontaktstellen und
-
4 schematisch den Aufpressvorgang vor und nach dem Aufpressen des Pressbauteils.
-
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
-
Die 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht schematisch einen Kommutator 53 einer elektrischen Maschine. Der Kommutator umfasst Kommutatorlamellen 54, die ringförmig außen angeordnet sind. Die Kommutatorlamellen oder kurz Lamellen 54 weisen eine nach außen, das heißt radial weg von einer zenralen Welle 17, gerichtete Lamellenoberflächen auf, welche eine Lauffläche für hier nicht dargestellte Kommutatorbürsten bilden. An einem Ende weisen die Lamellen 54 jeweils Kommutatorkontaktstellen 55 oder kurz Kontaktstellen 55 auf. Die Kommutatorkontaktstellen 55 sind mit Spulendrähten, genauer mit Spulendrahtenden oder kurz Drahtenden 56 elektrisch leitend verbunden. An den Kontaktstellen 55 wird zur Verbindung der Spulendrahtenden 56 mit dem Kommutator 53 bzw. mit den Kommutatorkontaktstellen 55 ein Pressbauteil (hier nicht dargestellt) aufgepresst. Dies ist in den 2a, 2b und 3 detaillierter dargestellt.
-
Die 2a zeigt in einer anderen perspektivischen Ansicht den Kommutator 53 nach 1 mit einem höheren Detaillierungsgrad. Die 2b zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt des Kommutators nach 2a. Anhand des höheren Detaillierungsgrades ist deutlich zu erkennen, wie die Drahtenden 56 an den Kommutatorkontaktstellen 55 angeordnet sind. Der Kommutator 53 weist zur Verbindung mit den Drahtenden 56 Lamellen 54 auf. Die Lamellen 54 weisen Kontaktstellen 55 auf. Die Kontaktstellen 55 sind als Nuten ausgebildet, die eine Vertiefung in radiale Richtung aufweisen und in axiale Richtung geöffnet sind. Die Lamellen 54 sind umfänglich gleich beabstandet verteilt. Dabei sind die einzelnen Lamellen 54 gegeneinander durch Isoliermassen 58 isoliernend getrennt. In jeder Nut sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils zwei Drahtenden 56 von unterschiedlichen Drähten angeordnet. Die Drahtenden 56 sind hinsichtlich Form und Material etwa gleich ausgebildet. Die Breite der Nut, das heißt die Breite in Umfangsrichtung, entspricht etwa dem Durchmesser der Drahtenden 56, sodass hier ein Freiraum 59 zwischen den Drahtenden 56 und den Wandungen der Nut reduziert ist. Die Tiefe der Nut, das heißt die Tiefe in radiale Richtung, ist so bemessen, dass eines der Drahtenden 56 teilweise in radialer Richtung über die Nut herausragt. Wie in den 2a und 2b deutlich dargestellt, sind die Nuten zur Aufnahme der beiden Drahtenden 56 in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt ausgebildet, wobei in den Nuten jeweils die Drahtenden 56 zweier unterschiedlicher Drähte angeordnet sind. Die Anordnung der Drahtenden 56 der jeweils beiden unterschiedlichen Drähte je Nut sowie das Herausragen der Drahtenden 56 in radialer Richtung ist in 3 deutlicher dargestellt.
-
Die 3 zeigt schematisch in einer Querschnittsansicht einen Ausschnitt des Kommutators 53 im Bereich der Kommutator-Kontaktstellen 55. In dem etwa viertelkreisförmigen Querschnitt sind vollständig vier als Lamellen 54 ausgebildete Kontaktstellen 55 dargestellt. Die Lamellen 54 sind radial von einem gemeinsamen Mittelpunkt M weg ausgerichtet. Dabei sind die Lamellen 54 in Umfangsrichtung U etwa gleichbeanstandet zueinander ausgebildet. Die Lamellen 54 sind aus einem den elektrischen Strom gut leitenden Material – hier Kupfer – ausgebildet. Zwischen den einzelnen Lamellen 54 ist in Umfangsrichtung U eine Isolierung in Form einer Isoliermasse 58 angeordnet, sodass die Lamellen 54 gegeneinander isoliert ausgebildet sind. An ihrem radialen äußeren Ende weisen die Lamellen 54 einen Schlitz, eine Nut oder eine Lamellennut 57 auf. Die Lamellennuten 57 sind zur Aufnahme für die Drahtenden 56, hier zwei Drahtenden 56 von unterschiedlichen Drähten, ausgelegt und sind entsprechend an den Durchmesser, die Länge und/oder die Tiefe der Drahtenden 56 angepasst. In dem dargestellten Beispiel sind in jeder Lamellennut 57 zwei Drahtenden 56 von unterschiedlichen Drähten eingelegt. Alternativ kann ein Drahtende doppelt gelegt, also einmal gefaltet bzw. um 180° gebogen, in der Nut angeordnet sein. Die beiden Drahtenden 56 jeder Nut liegen etwa parallel ausgerichtet aufeinander in der Lamellennut 57. Um Freiräume 59 in der Lamellennut 57 zu verringern, das heißt die Freiräume 59 zwischen Drahtende 56 und Lamellennutwandung zu verringern, sind die beiden Drahtenden 56 in der Lamellennut 57 komprimiert angeordnet, das heißt, die Drahtenden 56 sind – elastisch und/oder plastisch – verformt in der Lamellennut 57 angeordnet. Dabei ragt ein Teil T des jeweiligen radial äußeren Drahtendes 56 teilweise über ein Ende der Lamellennut 57 hervor, genauer in radialer Richtung R hervor. Um die Lamellen 54 bzw die Drahtenden 56 ist ein Pressbauteil 60 in Form eines Ringes angeordnet. Das Pressbauteil 60 ist hier zur besseren Übersicht nicht auf den Kommutator 53 aufgepresst sondern vor dem Aufpressen dargestellt. Um eine elektrisch leitende Brücke durch das Pressbauteil 60 zwischen den einzelnen Drahtenden 56 bzw. Lamellen 54 zu vermeiden, ist an der die Drahtenden 56 kontaktierenden Innenseite, das heißt an einer inneren Anlagefläche, des Pressbauteils 60 eine Isolierung 61 vorgesehen. Die Isolierung 61 ist in Form eines an die Anlagefläche des Pressbauteils 60 anliegenden Isolierrings 61a ausgebildet. Dieser ist hier als Beschichtung mit dem Pressbauteil 60 einteilig ausgebildet. In dem hier dargestellten Zustand liegt das Pressbauteil 60 an den überstehenden Teilen T der Drahtenden 56 an, sodass ein Luftspalt zwischen Lamellenoberflächen und dem Pressbauteil 60 besteht. Durch ein Aufpressen des Pressbauteils 60 wird dieser Luftspalt minimiert und die Drahtenden 56 entsprechend komprimiert. Durch das Aufpressen des Pressbauteils 60 schrumpft dieser und dessen innere Anlagefläche liegt an den Lamellenoberflächen an. Das Aufpressen wird dabei derart durchgeführt, dass das Pressbauteil 60 nach dem Aufpressen oder Aufschrumpfen nicht oder nur minimal zurückfedert, sodass die Drahtenden 56 sicher in den Lamellennuten 57 gehalten werden. Die Drähte und somit die Drahtenden 56 sind in einer Ausführungsform aus einem einheitlichen Material hergestellt. In einer anderen Ausführung sind die Drahtenden 56 aus einer Vielzahl an Drahtfasern hergestellt, wie dies durch die wabenförmige Schraffur der Drahtenden in 3 verdeutlicht ist. Grundsätzlich sind die Drahtenden 56 aus einem Vollmaterial hergestellt, das heißt nicht aus mehreren Einzelfasern. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel in 3 sind die radial innen liegenden Drahtenden 56 kleiner, das heißt mit einem kleineren Durchmesser ausgebildet dargestellt. In anderen Ausführungsbeispielen sind die radial innen liegenden Drahtenden 56 gleich groß oder größer als die radial außenliegenden Drahtenden 56 ausgebildet. Zumindest die radial innen liegenden Drahtenden 56 sind bevorzugt komprimiert in der Nut angeordnet, sodass der Freiraum 59 zwischen Drahtenden 56 und Wandungen der Nut reduziert ist.
-
Die 4 zeigt schematisch den Aufpressvorgang vor und nach dem Aufpressen des Pressbauteils 60. In einem ersten Schritt wird ein Aufpresswerkzeug 70 um den Kommutator 53 mit Pressbauteil 60 gemäß 2 angeordnet. Das Aufpresswerkzeug 70 gemäß 3 umfasst eine Spule 70a. Über die Spule 70a wird ein (Im-)Puls auf das Pressbauteil 60, genauer ein elektromagnetischer (Im-)Puls, aufgebracht. Die Pulsdauer liegt dabei im Bereich von wenigen 10µs. Während der Dauer des elektromagnetischen Pulses werden in dem als Metallring ausgebildeten Pressbauteil 60 Wirbelströme induziert, die sich von einem erzeugten Magnetfeld der Spule 70a abstoßen. Hierdurch wird der Metallring auf den Kommutator 53 beschelunigt und entsprechend umgeformt. Durch die hohe Beschleunigung erfolgt die Umformung mit einer hohen Geschwindigkeit, wodurch ein rückfederungsfreies oder ein nahezu rückfederungsfreies Umformen realisiert wird. Aufgrund dieser geringen bzw. nicht vorhandenen Rückfederung des Metallrings wird eine Fügekraft erzeugt, welche die Drahtenden 56 sicher in der Lamellennut 57 drückt und dort langfristig hält. Dabei werden die Drahtenden 56 aufgrund des überstehenden Teils T, welches komplett in die Lamellennut 57 gepresst wird, verdichtet oder komprimiert. Hierdurch werden eventuelle Freiräume 59 weiter minimiert, sodass Angriffsmöglichkeiten für Korrosion oder dergleichen reduziert sind. Das Pressbauteil 60 ist durch den hier durchgeführten Fügeprozess mit elektromagnetrischer Pulstechnik sicher auf dem Kommutator 53 angeordnet, sodass dieser auch bei hohen Drehzahlen und damit verbundenen hohen Fliehkräften nicht löst. Dadurch, dass der gesamte Kommutator 53 mit Pressbauteil 60 mit dem Puls beaufschlagt wird, werden alle Drahtenden 56 gleichzeitig in einem Verfahrensschritt mit dem Kommutator 53 verbunden. In 3 ist der Zustand vor und nach dem Puls dargestellt. Zur Verdeutlichung ist dabei das Pressbauteil 60 mit einem Überstand D gegenüber dem Kommutator 53 dargestellt, in welchem das Pressbauteil 60 nicht mit dem Kommutator 53 überlappt. Grundsätzlich ist dieser Überstand D nicht erforderlich. Deutlich ist in 3 die Verformung des Pressbauteils 60 nach dem Puls zu erkennen. Die Spule 70a ist in dem dargestellen Ausführungsbeispiel als umlaufend durchgehende Spule 70a ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform ist die Spule 70a zum Beispiel als in radiale Richtung geschlitzte Spule oder zusammensetzbare Spule ausgebildet.
