DE102013005617A1

DE102013005617A1 - Commutator i.e. band commutator, for rotor of e.g. commutator motor, has commutator slats provided with electrical insulating coating at respective insulation gaps, where coating completely covers slat edges that are turned towards gaps

Info

Publication number: DE102013005617A1
Application number: DE201310005617
Authority: DE
Inventors: Uwe Hartmann
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2013-04-04
Publication date: 2013-10-10

Abstract

The commutator (12) has commutator slats (6-8) arranged in a circumferential direction of a cylindrical insulating base body (4) under formation of insulation gaps (13), which are electrically separated from each other. The commutator slats are provided with an electrical insulating coating i.e. nano-coating, at the respective insulation gaps. The electrical insulating coating completely covers slat edges that are turned towards the insulating gaps, in a radial direction. Layer thickness of the electrical insulating coating is lesser than or equal to 100 Nm. An independent claim is also included for a method for manufacturing a commutator.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kommutator für eine rotierende elektrische Maschine, mit einem isolierenden zylindrischen Grundkörper und mit einer Anzahl von Kommutatorlamellen, die in Umfangsrichtung des Grundkörpers unter Bildung von Isolierspalten elektrisch voneinander getrennt angeordnet sind.The invention relates to a commutator for a rotating electrical machine, having an insulating cylindrical base body and a number of commutator bars, which are arranged in the circumferential direction of the main body to form insulating gaps electrically separated from each other.

Elektrische Maschinen, insbesondere Gleichstrom- oder Kommutatormotoren, weisen üblicherweise einen mit Spulen bewickelten Rotor zur Erzeugung eines Rotormagnetfelds und einen rotorfesten Kommutator auf, der die laufende Umkehrung der Bestromung der einzelnen Rotorspulen der Rotorwicklung gewährleistet. Zu diesem Zweck weist ein üblicherweise zylindrischer Kommutator voneinander elektrisch getrennte Lamellen auf, die mit feststehenden Bürsten schleifend kontaktiert werden, wobei die Kommutatorlamellen jeweils mit einer Spule der Rotorwicklung verbunden sind.Electrical machines, in particular direct current or commutator motors, usually have a wound with coils rotor for generating a rotor magnetic field and a rotor-fixed commutator, which ensures the continuous reversal of the energization of the individual rotor coils of the rotor winding. For this purpose, a usually cylindrical commutator has mutually electrically separate fins, which are contacted by grinding with fixed brushes, wherein the commutator are each connected to a coil of the rotor winding.

Die Kommutatorlamellen sind in der Regel an einem aus isolierendem Werkstoff bestehenden zylindrischen Grundkörper umfangsseitig zueinander beabstandet angeordnet. Die Kommutatorlamellen bestehen aus einem leitenden Werkstoff, insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Der Abstand zwischen einzelnen Kommutatorlamellen soll diese elektrisch gegeneinander isolieren. Die Breite der durch den Abstand zwischen den Kommutatorlamellen gebildeten Schlitze ist derart bemessen, dass ein Spannungsüberschlag oder ein Kurzschluss zwischen den Kommutatorlamellen möglichst vermieden ist. Die Schlitze zwischen den Kommutatorlamellen führen im Betrieb der elektrischen Maschine bzw. des Motors jedoch häufig in nachteiligerweise dazu, dass diese durch leitfähigen Abrieb der üblicherweise aus Kohle bestehenden Bürsten und des Materials der Kommutatorlamellen derart aufgefüllt werden können, dass ein Kurzschluss zwischen den Kommutatorlamellen entsteht.The commutator bars are generally arranged circumferentially spaced from each other on a cylindrical base body made of insulating material. The commutator bars consist of a conductive material, in particular of copper or a copper alloy. The distance between individual commutator bars should electrically isolate them from one another. The width of the slots formed by the distance between the Kommutatorlamellen is dimensioned such that a voltage flashover or a short circuit between the Kommutatorlamellen is avoided as possible. However, during operation of the electric machine or the motor, the slots between the commutator bars frequently disadvantageously cause them to be filled up by conductive abrasion of the brushes, which are usually made of carbon, and of the material of the commutator bars in such a way that a short circuit occurs between the commutator bars.

Zur Vermeidung einer derartigen Ausfüllung der Schlitze zwischen den Kommutatorlamellen ist es aus der DE 37 21 891 A1 bekannt, die Schlitze V-förmig auszubilden. Dadurch soll erreicht werden, dass insbesondere auch bei niedrigen Motordrehzahlen leitfähiges Abriebmaterial weniger stark anhaftet und die entsprechende Verpastung aus dem leitfähigen Abriebmaterial bei hoher Drehzahl in Folge der Zentrifugalkraft abgelöst und aus den Schlitzen ausgetragen wird.To avoid such a filling of the slots between the commutator, it is from the DE 37 21 891 A1 known to form the slots V-shaped. This is intended to ensure that, especially at low engine speeds, conductive abrasion material adheres less strongly and the corresponding paste of the conductive abrasive material is detached at high rotational speed as a result of the centrifugal force and is discharged from the slots.

Über die Lebensdauer und insbesondere bei einem vergleichsweise großen Anfall von Verschmutzungsstoffen sowie einem zusätzlichen Eintrag von Feuchtigkeit oder Schmierstoffen können erkanntermaßen im Wesentlichen rechteckförmige Schlitze, jedoch auch V-förmige Schlitze deren unerwünschten Auffüllung nicht zuverlässig verhindern, zumal in Verbindung mit Schmierstoffen bzw. Feuchtigkeit das Abriebmaterial innerhalb der Schlitze verhärtet und nicht in Folge der Zentrifugalkraft ausgetragen wird, so dass Kurzschlüsse mit der Folge eines Ausfalls der elektrischen Maschine bzw. des Motors nicht zuverlässig unterbunden werden. Insbesondere für den Fall, dass die elektrischen Maschinen bzw. Motoren über die Lebensdauer vorangig mit vergleichsweise niedrigen Drehzahlen betrieben werden, wie dies beispielsweise bei deren Einsatz in einem Klimagebläse eines Kraftfahrzeugs der Fall ist, ist ein Anhaften des Abriebmaterials in den Kommutatorschlitzen praktisch unvermeidbar.Over the life and in particular with a relatively large accumulation of pollutants and an additional entry of moisture or lubricants known substantially rectangular slots, but also V-shaped slots can not reliably prevent their unwanted filling, especially in conjunction with lubricants or moisture the abrasive material hardened within the slots and is not discharged as a result of the centrifugal force, so that short circuits resulting in a failure of the electric machine or the engine are not reliably prevented. In particular, in the event that the electrical machines or motors are operated over the lifetime in advance at relatively low speeds, as is the case for example in their use in a Klimagebläse a motor vehicle, adhesion of the abrasive material in the commutator is virtually unavoidable.

Zur Vermeidung von anhaftenden Abriebmaterials in den Kommutatorschlitzen ist es aus DE 196 24 754 A1 zudem bekannt, alternativ zu V-förmigen Schlitzen die von diesen gebildeten Zwischenräume zwischen den einzelnen Kommutatorlamellen mit Kunststoff auszufüllen, oder die Lamellen in entsprechende Vertiefungen des Grundkörpers einzulegen. Dadurch liegen die Oberfläche der Kommutatorlamellen und die zwischen den Lamellen hervor tretende Oberfläche des Grundkörpers oder Trägers auf einer gemeinsamen Mantelfläche, so dass keine Vertiefungen vorhanden sind.To avoid adhering abrasive material in the commutator slots, it is off DE 196 24 754 A1 also known, alternatively to fill V-shaped slots formed by these spaces between the individual commutator with plastic, or insert the slats in corresponding recesses of the body. As a result, the surface of the commutator blades and the surface of the base body or carrier protruding between the blades lie on a common lateral surface, so that no depressions are present.

Diese Variante des Ausfüllens der zwischen den Kommutatorlamellen gebildeten Kommutatorschlitze mit einem Isoliermaterial hat jedoch den Nachteil, dass die schleifend kontaktierenden Kohlebürsten zusätzlich zum Verschleiß der Oberfläche der Kommutatorlamellen auch das Isoliermaterial in den Schlitzen abtragen müssen. Darüber hinaus ist diese Abtragung in der gleichen Weise sowie mit der gleichen Geschwindigkeit zu bewerkstelligen, wie das Material der Kommutatorlamellen verschleißt. Diese gleichmäßige Abtragung des Isoliermaterials und des Materials der Kommutatorlamellen infolge dessen Verschleißes ist nur äußerst schwierig handhabbar, wobei ein ungleichmäßiger Abtrag zu einer unerwünschten Funkenbildung und damit zu einem praktisch unkontrollierten Kommutatorverschleiß führen würde. Ferner kann der Abrieb der Isolierung die Oberfläche des Kommutators und die Kohlebürste verunreinigen, was zu höheren Übergangswiderständen mit Funkenbildung und Verschleiß sowie einer zunehmenden, wiederum unerwünschten Geräuschentwicklung der elektrischen Maschine bzw. des Motors führt.However, this variant of the filling of the commutator slots formed between the commutator with an insulating material has the disadvantage that the sanding contacting carbon brushes in addition to the wear of the surface of the commutator must also remove the insulating material in the slots. In addition, this removal is accomplished in the same manner as well as at the same speed as the material of the commutator blades wears. This uniform removal of the insulating material and the material of the commutator because of its wear is extremely difficult to handle, with an uneven removal would lead to unwanted sparking and thus to a virtually uncontrolled Kommutatorverschleiß. Furthermore, the abrasion of the insulation can contaminate the surface of the commutator and the carbon brush, which leads to higher contact resistance with sparking and wear and an increasing, again undesirable noise development of the electric machine or the motor.

Aus der DE 19 58 406 A1 ist es bekannt, im Zuge der Fertigung von Kommutatorlamellen auf diese ein- oder beidseitig eine Isolierung aus Aluminiumoxid (Korund) aufzubringen und anschließend durch Schleifen die erforderliche Maß- und Formgenauigkeit der Kommutatorlamellen herzustellen. Gemäß einer Ausgestaltung wird auf die Metalloxidschicht zusätzlich eine dünne Metallschicht aufgebracht und der Schleifvorgang auf diese Metallschicht beschränkt. Diese Isolierschicht wird bis auf das radiale Mindestmaß der Kommutatorlamellen im Bereich deren Mantelfläche radial ausgespart, wobei die Aussparung mit isolierendem Kitt ausgefüllt wird, der weicher ist als das Lamellenkupfer und sich somit im Kommutatorbetrieb im notwendigen Maße abnutzt. Auf diese Weise werden auf das gleiche Maß geschliffene Kommutatorlamellen hergestellt, so dass ein Messen und Sortieren der gefertigten Kommutatorlamellen zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Polteilung des Kommutators vermieden wird.From the DE 19 58 406 A1 It is known in the course of the production of commutator bars on this one or both sides of an insulation of aluminum oxide (corundum) apply and then produce by grinding the required dimensional and dimensional accuracy of the commutator. According to one embodiment, a thin metal layer is additionally applied to the metal oxide layer applied and the grinding process limited to this metal layer. This insulating layer is recessed radially except for the minimum radial dimension of the commutator in the region of the lateral surface, wherein the recess is filled with insulating cement, which is softer than the plate copper and thus wear in Kommutatorbetrieb to the extent necessary. In this way ground commutator bars are manufactured to the same degree, so that a measurement and sorting of the manufactured commutator is avoided to ensure a uniform pole pitch of the commutator.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten und einfach herstellbaren Kommutator für eine rotierende elektrische Maschine, insbesondere für einen Gleichstrom- oder Kommutatormotor, anzugeben. Des Weiteren soll ein geeignetes Verfahren zur Herstellung eines solchen Kommutators angegeben werden.The invention has for its object to provide a particularly suitable and easy to manufacture commutator for a rotating electrical machine, in particular for a DC or commutator motor. Furthermore, a suitable method for producing such a commutator should be specified.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Kommutators durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 8 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildung sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.This object is achieved with respect to the commutator by the features of claim 1 and with respect to the method by the features of claim 8 according to the invention. Advantageous embodiments and further development are the subject of the dependent claims.

Hierzu ist ein Kommutator für eine elektrische Maschine bzw. einen Motor vorgesehen, dessen am Umfang eines isolierenden Grund- oder Trägerkörpers zueinander beanstandet angeordneten Kommutatorlamellen zumindest an deren dem jeweiligen Isolierspalt zugewandten Lamellenflanken oder -flächen eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweisen. Bezogen auf den Kommutator erstreckt sich die Beschichtung über die gesamte radiale Ausdehnung der Lamellenflanken und vorzugsweise auch über den Spaltboden oder -grund, so dass die Wandungen der Kommutatorspalte praktische vollständig mit der Beschichtung versehen sind.For this purpose, a commutator for an electric machine or a motor is provided, whose commutator blades arranged on the circumference of an insulating base or carrier body have an electrically insulating coating at least at their lamination flanks or surfaces facing the respective insulating gap. Relative to the commutator, the coating extends over the entire radial extent of the lamella flanks and preferably also over the gap bottom or ground, so that the walls of the commutator gaps are practically completely provided with the coating.

Die Schichtdichte der elektrisch isolierenden Beschichtung der Kommutatorlamellen ist vorzugsweise kleiner oder gleich 100 nm. Zweckmäßigerweise ist die Schichtdicke im Bereich zwischen 1 nm und 50 nm, geeigneterweise im Bereich weniger Nanometer, beispielsweise zwischen 1 nm und 10 nm, ausgeführt. Die Beschichtung ist daher vorzugsweise als Nanobeschichtung ausgeführt.The layer density of the electrically insulating coating of the commutator bars is preferably less than or equal to 100 nm. Expediently, the layer thickness is in the range between 1 nm and 50 nm, suitably in the range of a few nanometers, for example between 1 nm and 10 nm. The coating is therefore preferably designed as a nano-coating.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass zu einem Kurzschluss führende anhaftende Stoffe in den Kommutatorspalten in einfacher Weise verhindert werden können, wenn zumindest die beiden sich innerhalb des jeweiligen Kommutatorspalte gegenüberliegenden Lamellenflanken oder -flächen mit einer auch nur sehr dünnen, elektrisch nicht leitenden Beschichtung versehen sind. Hierzu können praktisch alle elektrisch nicht leitenden Werkstoffe, beispielsweise Kunststoffe oder Lacke, verwendet werden. Besonders dünn auftragbare Beschichtungen sind bereits insoweit besonders vorteilhaft, als die schleifend an den Kommutatorlamellen kontaktierten Kohlebürsten nur entsprechend dünne Schichten des Beschichtungsmaterials abtragen müssen.The invention is based on the consideration that leading to a short-circuiting adhesive substances in the commutator can be prevented in a simple manner, if at least the two opposite within the respective Kommutatorspalte lamella flanks or surfaces with a very thin, electrically non-conductive coating are provided. For this purpose, virtually all electrically non-conductive materials, such as plastics or paints, can be used. Particularly thin-coatable coatings are already particularly advantageous insofar as the carbon brushes which contact the commutator laminations in a grinding manner only have to remove correspondingly thin layers of the coating material.

Besonders bevorzugt weist die Beschichtung der Kommutatorschlitze zusätzlich zu den elektrisch isolierenden Eigenschaften auch Verschmutzungen und Flüssigkeiten abweisende Eigenschaften auf. Daher ist eine Nanobeschichtung besonders zweckmäßig, die superhydrophob oder superhydrophil ist, so dass Flüssigkeiten oder verpastete Verschmutzungen, die auf die Beschichtung gelangen, durch Perlenbildung ablaufen bzw. dort nicht anhaften. Mit anderen Worten bildet die Beschichtung der Kommutatorschlitze eine versiegelte und flüssigkeitsabweisende Oberfläche, so dass auch bei niedrigen Maschinen- bzw. Motordrehzahlen durch Abrieb gebildete Verschmutzungen oder Verpastungen zuverlässig abgeschleudert oder abgestoßen werden.Particularly preferably, the coating of the commutator slots in addition to the electrically insulating properties on dirt and liquids repellent properties. Therefore, a nano-coating is particularly useful, which is superhydrophobic or superhydrophilic, so that liquids or pasted contaminants, which reach the coating, run off by pearlization or do not adhere there. In other words, the coating of the commutator slots forms a sealed and liquid-repellent surface, so that even at low engine or engine speeds formed by abrasion contaminants or pastes are reliably thrown off or repelled.

Die möglichst fest mit den Spaltflanken der Kommutatorlamellen verbundene Beschichtung führt zudem zum sogenannten Lotuseffekt, mittels dessen durch Abrieb verursachte Verschmutzungen, beispielsweise Abriebpartikel, Flüssigkeiten und auch Schmierstoffe (Fette, Öle) zuverlässig auch bei niedrigen Drehzahlen abgestoßen werden. Zudem sind derartige Beschichtungen auch säureabweisend und chemisch beständig, beispielsweise gegenüber Lösungsmitteln oder dergleichen. Eine derartige Beschichtung führt zudem zu einer hohen Temperaturbeständigkeit des Kommutators bzw. dessen Kommutatorlamellen.The coating connected as firmly as possible to the gap flanks of the commutator laminations also leads to the so-called lotus effect, by means of which contaminations caused by abrasion, for example abrasion particles, liquids and also lubricants (fats, oils) are repelled reliably even at low rotational speeds. In addition, such coatings are also acid-repellent and chemically resistant, for example to solvents or the like. Such a coating also leads to a high temperature resistance of the commutator or its commutator bars.

Besonders vorteilhaft ist der Kommutator als sogenannter Steckkommutator ausgeführt, bei dem die Kommutatorlamellen insbesondere mittels schwalbenschwanzartiger Fügeverbindungen im Grund- bzw. Tragkörper verankert sind. Derart ausgebildete Kommutatorlamellen sind fertigungstechnisch besonders einfach handhabbar, indem die Kommutatorlamellen mit deren Fügeelementen in Axialrichtung des Kommutators in die korrespondierenden Fügenuten des Grundkörpers eingesteckt werden und somit gegen ein radiales Ausgleiten aus den Fügenuten sicher gehalten sind. Da die Kommutatorlamellen eines solchen Steckkommutators üblicherweise aus gezogenen, gratfreien Profilen hergestellt sind, sind keine Lamellenkanten vorhanden, welche ein Anhaften von Verschmutzungen oder Abriebpartikeln begünstigen könnten.Particularly advantageously, the commutator is designed as a so-called plug-in commutator, in which the commutator bars are anchored in particular by means of dovetail-like joint connections in the base or support body. Thus formed Kommutatorlamellen are particularly easy to handle manufacturing technology by the commutator are inserted with their joining elements in the axial direction of the commutator in the corresponding joint grooves of the body and thus securely held against radial sliding out of the joining grooves. Since the commutator bars of such a plug-in commutator are usually made of drawn, burr-free profiles, no lamellar edges are present, which could promote the adhesion of dirt or abrasion particles.

Gemäß einer geeigneten Weiterbildung sind die Kommutatorlamellen nahezu vollständig mit der Beschichtung versehen, wobei lediglich derjenige Oberflächen- oder Mantelbereich der Kommutatorlamellen, an dem die Bürsten zur Herstellung der Kontaktierung anliegen, frei von der Beschichtung sind. Dieser beschichtungsfreie Bereich ist ein ringförmiger Kontaktstreifen, der sich in Umfangsrichtung des Kommutators über alle Kommutatorlamellen erstreckt und die Lauffläche für die schleifend kontaktierten Bürsten bildet.According to a suitable development, the commutator bars are almost completely provided with the coating, wherein only that surface or cladding region of the Commutator lamellae, on which the brushes abut to make the contact, are free of the coating. This coating-free region is an annular contact strip which extends in the circumferential direction of the commutator over all the commutator bars and forms the running surface for the grinding contacted brushes.

Insbesondere Maschinen bzw. Motoren mit bestimmungsgemäß vergleichsweise hohen Drehzahlen können in zweckmäßiger Ausgestaltung auch mit einem Kommutator versehen sein, bei dem die Kommutatorspalte zusätzlich zur Beschichtung mit einer Isolierlamelle aus einem isolierenden Werkstoff zumindest teilweise, d. h. zweckmäßigerweise zumindest im mantelflächennahen Bereich gefüllt sind. Die jeweilige Isolierlamelle kann dabei mit dem Grundkörper einstückig verbunden, also auch aus dessen Material geformt, oder in diesen eingesteckt sein. Die Steckverbindung ist dabei vorzugsweise formschlüssig und beispielsweise ebenfalls als schwalbenschwanzartige oder auch als kreuzankerartige Verbindung hergestellt.In particular, machines or motors with intended comparatively high speeds can be provided in an expedient embodiment with a commutator, in which the Kommutatorspalte in addition to the coating with an insulating lamella made of an insulating material at least partially, d. H. are expediently filled at least in the mantle near area. The respective insulating lamella can be integrally connected to the base body, so also formed from the material, or inserted into this. The connector is preferably form-fitting and, for example, also produced as a dovetail-like or as a cross-armature connection.

Zur Herstellung eines solchen Kommutators werden geeigneterweise die Kommutatorlamellen zunächst mit der Beschichtung versehen. Auch kann der bereits fertig montierte Kommutator, d. h. dessen Tragkörper inklusive der Kommutatorlamellen vollständig beschichtet werden. Anschließend wird durch lokales Abtragen der Beschichtung von den Kommutatorlamellen der ringförmige Kontaktstreifen zur Bereitstellung der Lauffläche für die schleifend kontaktierenden Bürstenkörper gebildet.To produce such a commutator, the commutator bars are suitably provided first with the coating. Also, the already assembled commutator, d. H. the supporting body including the commutator blades are completely coated. Subsequently, by local removal of the coating from the commutator blades of the annular contact strip to provide the tread for the abrasive contacting brush body is formed.

Mittels dieses Verfahrens können auch lediglich die einzelnen Kommutatorlamellen mit der Beschichtung zunächst vollständig beschichtet werden. Diese Variante ist besonders geeignet für einen Steckkommutator, bei dem während des Herstellungsprozesses die Kommutatorlamellen als Einzelteile vorliegen. Die beschichteten Kommutatorlamellen werden anschließend in den aus isolierendem Werkstoff bestehenden Grund- bzw. Tragkörper des Kommutators eingesetzt. In einem anschließenden Fertigungsschritt wird die Lauffläche des Kommutators, d. h. der ringförmige Kontaktbereich überdreht, so dass im ringförmigen Kontaktbereich erneut die reine Metalloberfläche, insbesondere die Kupferoberfläche, der Kommutatorlamellen für den Kontakt zur jeweiligen Kohlebürste zur Verfügung steht.By means of this method, only the individual commutator laminations with the coating can first be completely coated. This variant is particularly suitable for a plug-in commutator in which the commutator bars are present as individual parts during the manufacturing process. The coated commutator bars are then inserted into the base or supporting body of the commutator made of insulating material. In a subsequent manufacturing step, the running surface of the commutator, i. H. the annular contact region over-rotates, so that in the annular contact region again the pure metal surface, in particular the copper surface, of the commutator blades is available for contact with the respective carbon brush.

Bei geeigneterweise bereits mit Kommutatorhaken für die Verbindung mit den Spulen der Rotorwicklungen versehenen Kommutatorlamellen sind zwar in dem besonders bevorzugten Herstellungsverfahren mit vollständiger Beschichtung der Kommutatorlamellen auch deren Kommutatorhaken mit der Nanobeschichtung überzogen. Jedoch wird erkanntermaßen die vorzugsweise sehr dünne Beschichtung beim Verschweißen des Wicklungsdrahtes der Rotorwicklung mit dem Kommutatorhaken praktisch automatisch durchbrochen, so dass eine zuverlässige elektrisch leitfähige Verbindung in einfacher Art und Weise hergestellt werden kann.In the case of commutator blades which are suitably already provided with commutator hooks for the connection to the coils of the rotor windings, the commutator hooks of the particularly preferred production method with complete coating of the commutator laminations are also coated with the nanocoating. However, it is recognized that the preferably very thin coating is practically automatically broken when welding the winding wire of the rotor winding to the commutator hook, so that a reliable electrically conductive connection can be produced in a simple manner.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass mittels der isolierenden Beschichtung zumindest an den Lamellenflanken der Kommutatorspalte in einfacher Art und Weise die nachteiligen und äußerst unerwünschten Auswirkungen von verschmutzten und verpasteten Kommutatorspalten vermieden werden, in dem die Beschichtung, insbesondere in deren Ausführung als Nanobeschichtung mit Lotuseffekt, zuverlässig verhindert, dass eine leitfähige Verbindung zwischen den Flanken der Kommutatorspaltes entstehen kann. Daher können infolge vorhandener Feuchtigkeit gebildete Verpastungen praktisch keine elektrisch leitende Verbindung bzw. leitfähige Brücke (Kurzschlussbrücke) zwischen benachbarten Kommutatorlamellen bilden. Grund hierfür ist, dass die entsprechende Beschichtung der Lamellenflanken innerhalb der Kommutatorspalte bereits das Entstehen derartiger Verpastungen aufgrund deren abweisenden Eigenschaften verhindern.The advantages achieved by the invention are in particular that the disadvantageous and extremely undesirable effects of soiled and pasted Kommutatorspalten be avoided by means of the insulating coating at least at the lamellar edges of the commutator in a simple manner in which the coating, in particular in their execution as Nanocoating with lotus effect, reliably prevents a conductive connection between the flanks of the commutator gap can arise. Therefore, pastes formed due to existing moisture can form virtually no electrically conductive connection or conductive bridge (shorting bridge) between adjacent commutator bars. The reason for this is that the corresponding coating of the lamella flanks within the commutator gap already prevent the formation of such pastes due to their repellent properties.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:

1 in einer Seitenansicht den Rotor eines Elektromotors mit einem Kommutator, 1 in a side view the rotor of an electric motor with a commutator,

2 in perspektivischer Ansicht den Kommutator in dessen Ausführung als Steckkommutator mit in einen Grund- oder Tragkörper eingesteckten Kommutatorlamellen, 2 in a perspective view of the commutator in its execution as plug-in commutator with inserted into a base or support body commutator,

3 in einer Darstellung gemäß 2 den Kommutator in dessen Ausführung als Bandkommutator, und 3 in a representation according to 2 the commutator in its execution as a band commutator, and

4 schematisch in einer teilweisen Querschnittsdarstellung den Grundkörper des Kommutators mit umfangsseitig angeordneten Kommutatorlamellen und zwischen diesen gebildeten Kommutatorspalten, in deren Bereich die Kommutatorlamellen mit einer Beschichtung versehen sind. 4 schematically in a partial cross-sectional view of the main body of the commutator with circumferentially arranged commutator and formed between these Kommutatorspalten, in the region of the commutator are provided with a coating.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

1 zeigt in einer Ansicht ein Blechpaket 1 eines Rotors, das durch Erzeugung eines Magnetfeldes mittels einer stromdurchflossenen Wicklung magnetisiert werden können. Die Wicklungsdrähte 2 der Rotorwicklung sind jeweils mit Kommutatorhaken 3 mechanisch und elektrisch verbunden, wobei jeder Kommutatorhaken 3 mit einer Kommutatorlamelle 6 eines Grund- oder Kommutatorkörpers 4 zusammenhängt. Der Grundkörper 4 des insgesamt mit 12 bezeichneten Kommutators ist zusammen mit dem Rotorkörper mit den Lamellenpaketen 1 auf einer gemeinsamen Rotorwelle 5 gelagert. 1 shows in a view a laminated core 1 a rotor that can be magnetized by generating a magnetic field by means of a current-carrying winding. The winding wires 2 the rotor winding are each with commutator hooks 3 mechanically and electrically connected, with each commutator hook 3 with a commutator blade 6 a ground or commutator body 4 related. The main body 4 of the total with 12 designated commutator is together with the rotor body with the disk packs 1 on a common rotor shaft 5 stored.

In 1 sind drei Kommutatorlamellen 6, 7, 8 dargestellt, die an dem Grundkörper 4 umfangsseitig gehalten sind und einen Teil des Kommutators 12 bilden sowie gemeinsam dessen zylindrische Mantelfläche begrenzen. Es ist eine Bürsteneinrichtung mit Bürstenträgern 9 und mit nachfolgend auch als Bürsten bezeichneten Bürstenkörpern 10 vorgesehen, die in schleifendem elektrischen Kontakt mit der Mantelfläche des Kommutators 4 stehen. Dabei schleifen die Bürstenkörper 10 in einem in 1 gestrichelt dargestellten ringförmigen Kontaktstreifen 11 der Mantelfläche des Kommutators 12. Über die Bürsteneinrichtung 9, 10 wird den Kommutatorlamellen 6, 7, 8 und damit den verschiedenen Wicklungen des Rotors in zeitlich passender Staffelung jeweils ein Erregerstrom zugeführt.In 1 are three commutator bars 6 . 7 . 8th shown attached to the main body 4 are held circumferentially and part of the commutator 12 form and together define its cylindrical lateral surface. It is a brush device with brush holders 9 and with brush bodies hereinafter also referred to as brushes 10 provided, in sliding electrical contact with the lateral surface of the commutator 4 stand. The brush bodies grind 10 in an in 1 dashed lines shown annular contact strip 11 the lateral surface of the commutator 12 , About the brush device 9 . 10 becomes the commutator blades 6 . 7 . 8th and thus each of the various windings of the rotor supplied in timed staggering an excitation current.

Unabdingbar ist dabei, dass die einzelnen Kommutatorlamellen 6, 7, 8 gegen einander elektrisch isoliert sind. Dies ist in 1 durch Kommutatorspalte 13 zwischen den Kommutatorlamellen 6, 7, 8 angedeutet.It is essential that the individual commutator blades 6 . 7 . 8th are electrically isolated from each other. This is in 1 through commutator column 13 between the commutator bars 6 . 7 . 8th indicated.

2 zeigt den Kommutator 12 in dessen Ausführung als sogenannter Steckkommutator. Hierzu sind in den Trag- oder Grundkörper 4 eine der Anzahl der Kommutatorlamellen 6 bis 8 entsprechende Anzahl von schwalbenschwanzförmigen Fügenuten 14 eingebracht, die sich in Axialrichtung A über die Kommutatorlänge und in Radialrichtung in den Grund- bzw. Tragkörper 4 hinein erstrecken. In diesen Füge- oder Axialnuten 14 sitzen die Kommutatorlamellen 6 bis 8 mit korrespondierend geformten, also im Wesentlichen schwalbenschwanzförmigen oder konischen, leistenförmigen Zapfen, Fasen oder Federn 15 formschlüssig ein. Aufgrund dieser Formgebung der schwalbenschwanzartigen Fügeverbindung zwischen dem Grundkörper 4 und den Kommutatorlamellen 6 bis 8 können diese in Axialrichtung A in den Grundkörper 4 eingesteckt werden und sind gegen ein radiales Ausgleiten aus dem Grundkörper 4 gesichert. Eine zentrale Öffnung 16 im Grundkörper 4 dient zur Aufnahme der Rotorwelle 5. 2 shows the commutator 12 in its execution as a so-called plug-in commutator. These are in the support or body 4 one of the number of commutator bars 6 to 8th corresponding number of dovetailed joining grooves 14 introduced in the axial direction A on the commutator and in the radial direction in the base or support body 4 extend into it. In these joining or axial grooves 14 sit the commutator bars 6 to 8th with correspondingly shaped, ie substantially dovetail-shaped or conical, strip-shaped pins, chamfers or springs 15 a positive fit. Due to this shape of the dovetail joint connection between the body 4 and the commutator bars 6 to 8th can this in the axial direction A in the body 4 are inserted and are against a radial sliding out of the body 4 secured. A central opening 16 in the main body 4 serves to accommodate the rotor shaft 5 ,

Der in 3 dargestellte Kommutator 12 ist als sogenannter Bandkommutator ausgeführt. Wiederum auf einen zentralen Trag- oder Grundkörper 4 aus isolierendem Material mit zentraler Öffnung 16 zur Aufnahme der Rotorwelle 5 sind umfangsseitig die Kommutatorlamellen 6 bis 8 elektrisch voneinander getrennt unter Bildung von Kommutatorspalten 13 angeordnet und hierzu am Grundkörper 4 kraftschlüssig oder form- und kraftschlüssig befestigt.The in 3 illustrated commutator 12 is designed as a so-called band commutator. Again on a central support or body 4 made of insulating material with central opening 16 for receiving the rotor shaft 5 are circumferentially the commutator bars 6 to 8th electrically separated from each other to form Kommutatorspalten 13 arranged and this on the body 4 attached positively or positively and non-positively.

4 zeigt den Kommutator 12 mit auf dem Trag- oder Grundkörper 4 umfangsseitig angeordneten Kommutatorlamellen 6 bis 8. Die zwischen den Kommutatorlamellen 6 und 7 sowie 7 und 8 gebildeten Kommutatorspalte 13 sind im Ausführungsbeispiel sowohl flankenseitig als auch boden- oder grundseitig mit einer Beschichtung 17 versehen. Lediglich beim Kommutatorspalt 13 zwischen den Kommutatorlamellen 7 und 8 sind die seitlichen Lamellenflanken 18 näher bezeichnet. Die seitlichen Lamellenflanken 18 sind derjenige Bereich der Kommutatorlamellen 6 bis 8, der sich im Montagezustand des Kommutators 12 zwischen der dem Grundkörper 4 abgewandten Lamellenoberseite und der dem Grundkörper 4 zugewandten Lamellenunter- oder Lamellenmontageseite sowie entlang des jeweiligen Kommutatorspaltes 13 erstreckt. 4 shows the commutator 12 with on the support or body 4 Circumferentially arranged commutator bars 6 to 8th , The between the commutator bars 6 and 7 such as 7 and 8th formed Kommutatorspalte 13 are in the embodiment both the edge side and bottom or bottom side with a coating 17 Mistake. Only at the commutator gap 13 between the commutator bars 7 and 8th are the lateral lamella flanks 18 specified. The lateral lamella flanks 18 are the area of the commutator bars 6 to 8th , which is in the assembled state of the commutator 12 between the body 4 facing away lamella top and the body 4 facing Lamellenunter- or lamella mounting side and along the respective Kommutatorspaltes 13 extends.

Die Lamellenflanken 18 sind über deren gesamte radiale Ausdehnung und vorzugsweise über die gesamte axiale Länge der Kommutatorspalte 13 mit der Beschichtung 17 versehen. Auch ist der Spaltboden oder -grund 19 des jeweiligen Kommutatorspaltes 13, vorzugsweise wiederum in Axialrichtung A vollständig, mit der Beschichtung 17 versehen.The lamella flanks 18 are over their entire radial extent and preferably over the entire axial length of the commutator 13 with the coating 17 Mistake. Also, the gap bottom or bottom 19 of the respective commutator gap 13 , preferably again in the axial direction A complete, with the coating 17 Mistake.

Wie an dem zwischen der Kommutatorlamelle 8 und einer zu dieser auf der der Kommutatorlamelle 7 gegenüberliegenden Seite beabstandet angeordneten Kommutatorlamelle gebildeten Kommutatorspalt 13 dargestellt ist, ist in diesen eine Isolierlamelle 20 eingesetzt. Die Isolierlamelle 20 erstreckt sich vom Spaltboden 19 des Kommutatorspaltes 13 bis zur Mantelfläche 21 des Kommutators 12 und füllt somit den entsprechenden Kommutatorspalt 13 vollständig aus.As at the between the commutator blade 8th and one to this on the commutator blade 7 spaced apart arranged commutator arranged commutator gap 13 is shown, in these an insulating lamella 20 used. The insulating lamella 20 extends from the gap floor 19 of the commutator gap 13 up to the lateral surface 21 of the commutator 12 and thus fills the corresponding commutator gap 13 completely off.

Auch kann die Isolierlamelle 20 den Kommutatorspalt 13 nur teilweise ausfüllen, wobei sich die Isolierlamelle 20 gegebenenfalls zumindest bis zur Mantelfläche 21 erstreckt. Dadurch ist ein Eindringen von Verschmutzungen oder Abrieb in den Kommutatorspalt 13 vermieden. Diese Ausführungsform des Kommutators 12 eignet sich besonders für Maschinen oder Motoren, die nicht oder allenfalls geringfügig Feuchtigkeiten oder Schmiermitteln ausgesetzt sind. Bei derartigen Maschinen bzw. Motoren ist die Wahrscheinlichkeit einer Verpastung des betriebsbedingt entstehenden Abriebs im Zuge der schleifenden Kontaktierung der Bürstenkörper 10 mit den Kommutatorlamellen 6 bis 8 vergleichsweise gering. Werden zudem die entsprechenden Rotoren mit einer vergleichsweise hohen Drehzahl betrieben, so ist darüber hinaus die Wahrscheinlichkeit des Abschleuderns entstehender Abriebpartikel von der Mantelfläche 21 des Kommutators 12 infolge der vergleichsweise hohen Zentrifugalkraft sehr hoch.Also, the insulating lamella 20 the commutator gap 13 only partially fill, with the insulating lamella 20 optionally at least up to the lateral surface 21 extends. This is a penetration of dirt or abrasion in the commutator 13 avoided. This embodiment of the commutator 12 It is especially suitable for machines or motors that are not or at most slightly exposed to humidities or lubricants. In such machines or motors, the likelihood of clogging of the operationally occurring abrasion in the course of the abrasive contacting of the brush body 10 with the commutator blades 6 to 8th comparatively low. Moreover, if the corresponding rotors are operated at a comparatively high speed, then the probability of the ejection of resulting abrasion particles from the lateral surface is also possible 21 of the commutator 12 very high due to the comparatively high centrifugal force.

Die Schichtdicke der elektrisch isolierenden Beschichtung 17 an den Lamellenflanken 18 und vorzugsweise auch am Spaltboden 19 der Kommutatorspalte 13 beträgt vorzugsweise lediglich einige Nanometer (nm), geeigneterweise zwischen 10 nm und 100 nm. Mit anderen Worten ist die Beschichtung 17 als Nanobeschichtung mit Lotuseffekt ausgeführt. Ein Anhaften von Abriebpartikel oder verpastetem Abrieb aufgrund der Anwesenheit von Feuchtigkeit und/oder Schmiermittel ist somit auch bei vergleichsweise niedrigen Drehzahlen der Maschine bzw. des Motors zuverlässig verhindert.The layer thickness of the electrically insulating coating 17 at the lamellar edges 18 and preferably also on the gap floor 19 the commutator column 13 is preferably only a few nanometers (nm), suitably between 10 nm and 100 nm. In other words, the coating is 17 designed as nano-coating with lotus effect. An adhesion of abrasion particles or pasted abrasion due to the presence of moisture and / or lubricant is thus reliably prevented even at relatively low speeds of rotation of the engine or of the engine.

Die Herstellung des Kommutators erfolgt vorzugsweise durch vollständige Beschichtung der Kommutatorlamellen 6 bis 8, wobei anschließend die beschichteten Kommutatorlamellen 6 bis 8 in den Grundkörper 4 eingesetzt werden. In einem weiteren Fertigungsschritt wird durch Überdrehen des Kommutators 12 die Beschichtung 17 im Bereich des ringförmigen Kontaktstreifens 11 abgetragen, der die Lauffläche für die Bürstenkörper 10 der Bürsteneinrichtung bildet. Alternativ kann, insbesondere beim Bandkommutator gemäß 3 zunächst der gesamte Kommutator 12, d. h. dessen Tragkörper 4 und dessen darauf bereits montierten Kommutatorlamellen 6 bis 8 mit der Beschichtung 17 versehen werden, bevor die Beschichtung 17 im Bereich des ringförmigen Kontaktstreifens 11 abgetragen wird.The manufacture of the commutator is preferably carried out by complete coating of the commutator bars 6 to 8th , followed by the coated commutator bars 6 to 8th into the main body 4 be used. In a further manufacturing step is by over-turning the commutator 12 the coating 17 in the region of the annular contact strip 11 worn away, the tread for the brush body 10 the brush device forms. Alternatively, in particular in the band commutator according to 3 first the entire commutator 12 ie its supporting body 4 and its commutator blades already mounted thereon 6 to 8th with the coating 17 be provided before the coating 17 in the region of the annular contact strip 11 is removed.

Aufgrund der sehr dünnen Beschichtung 17 verhalten sich die im Zuge des Herstellungsverfahrens ebenfalls mit der Beschichtung 17 versehenen Kommutatorhaken 3 bei der Verschweißen mit den Wicklungsdrähten 2 der Rotorwicklung erkanntermaßen wie beschichtete Kupferlackdrähte, indem im Zuge des Verschweißens die isolierende Beschichtung 17 durchbrochen wird und eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kommutatorhaken 3 und dem jeweiligen Wicklungsdraht 2 entsteht.Due to the very thin coating 17 In the course of the manufacturing process, they also behave with the coating 17 provided commutator hook 3 when welding with the winding wires 2 the rotor winding recognized as coated copper enamel wires by in the course of welding, the insulating coating 17 is broken and an electrically conductive connection between the Kommutatorhaken 3 and the respective winding wire 2 arises.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the embodiment described above. Rather, other variants of the invention can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all the individual features described in connection with the exemplary embodiment can also be combined with each other in other ways, without departing from the subject matter of the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Blechpaketlaminated core
22: Wicklungsdrahtwinding wire
33: Kommutatorhakencommutator
44: Träger-/GrundkörperCarrier / base
55: Motorwellemotor shaft
6–86-8: Kommutatorlamellecommutator
99: Bürstenträgerbrush carrier
1010: Bürstenkörperbrush body
1111: KontaktstreifenContact strips
1212: Kommutatorcommutator
1313: KommutatorspaltKommutatorspalt
1414: Nutgroove
1515: Zapfen/Fase/FederPin / chamfer / spring
1616: Öffnungopening
1717: Nanobeschichtungnanocoating
1818: Lamellenflankelamellar edge
1919: Spaltboden/-grundGap ground / -basic
2020: IsolierlamelleIsolierlamelle
2121: Mantelflächelateral surface

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3721891 A1 [0004]
DE 19624754 A1 [0006]
DE 1958406 A1 [0008]

Claims

Commutator ( 12 ) for a rotating electrical machine, with an insulating cylindrical base body ( 4 ) and a number of commutator bars ( 6 . 7 . 8th ), which in the circumferential direction of the body ( 4 ) with formation of insulating gaps ( 13 ) are arranged electrically separated from each other, wherein at least the commutator ( 6 . 7 . 8th ) at the respective insulating gap ( 13 ) facing lamella flanks ( 18 ) with an electrically insulating coating which completely covers the same in the radial direction ( 17 ) are provided.

Commutator ( 12 ) according to claim 1, characterized in that the layer thickness of the coating ( 17 ) is less than or equal to 100 nm.

Commutator ( 12 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the lamella flanks ( 18 ) of the commutator blades ( 6 . 7 . 8th ) and the gap floor ( 19 ) of the insulating gap ( 13 ) with the electrically insulating coating ( 17 ) are provided.

Commutator ( 12 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the commutator bars ( 6 . 7 . 8th ) with the exception of an annular contact strip ( 11 ) for at least one abrasive brush body ( 10 ) completely with the coating ( 17 ) are provided.

Commutator ( 12 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the insulating gaps ( 13 ) with an insulating lamella ( 20 ) are at least partially filled from an insulating material.

Commutator ( 12 ) according to claim 5, characterized in that the respective insulating lamella ( 20 ) with the basic body ( 4 ) are integrally connected or inserted in these, in particular form-fitting, preferably by means of a dovetail-like connection.

Electric machine, in particular a DC or commutator motor, with a commutator ( 6 . 7 . 8th ) according to one of claims 1 to 6.

Method for producing a commutator ( 12 ) according to one of claims 1 to 6, - in which the commutator bars ( 6 . 7 . 8th ) at least in the region of the lateral lamella flanks ( 18 ) with an electrically insulating coating ( 17 ), and - in the case of local removal of the coating ( 17 ) from the commutator blades ( 6 . 7 . 8th ) an annular contact strip ( 11 ) for providing a running surface for a sanding-contacting brush body ( 10 ) is formed.

Method according to Claim 8, in which first the commutator bars ( 6 . 7 . 8th ) completely with the coating ( 17 ) and the coated commutator bars ( 6 . 7 . 8th ) in the basic body ( 4 ), in which case the annular contact strip ( 11 ), in particular by over-rotation of the in the body ( 4 ) commutator bars ( 6 . 7 . 8th ), will be produced.

Method according to Claim 8, in which the commutator ( 12 ) completely with the coating ( 17 ) and then the annular contact strip ( 11 ) will be produced.