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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2007 014 349 A1 ist ein Kommutator bekannt, der einzelne Kommutatorlamellen aufweist. Die Kommutatorlamellen haben einen Klemmabschnitt, durch den ein Schaltanschluss mechanisch und elektrisch mit der Kommutatorlamelle verbunden werden kann. Die Nut zeigt zwei zueinander gerichtete Nutwände auf, die ein Wellenprofil mit mehreren Wellenspitzen und mehreren Wellentälern aufweist. Die dort beschriebenen Wellentäler bzw. Wellenspitzen dienen dazu, einen beim Einfügen noch isolierten Draht an den Nutwänden schabend vorbeizuführen. Beim Schaben wirken Raspelzähne (Wellenspitzen), die dazu dienen, beim Fügen in die Nut die Isolierung zu entfernen. Nach dem Passieren der Raspelzähne wird der Draht in einem Nutgrund positioniert und dann durch Klemmen in der Nut befestigt.
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Des Weiteren sind die Dokumente
DE 877 038 ,
DE 23 58 021 ,
DE 25 38 295 ,
DE 31 31 117 A1 ,
DE 31 48 771 A1 ,
DE 40 02 106 A1 ,
FR 24 58 930 ,
JP 2003-111358 ,
JP 2003-169458 ,
US 4155499 ,
US 6064136 bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 ist vorgesehen, dass ein Schaltanschluss der Rotorwicklung an einer Festhalteposition in der Nut der Kommutatorlamelle derartig gehalten wird, dass mindestens eine Wellenspitze des Wellenprofils in dieser Position in einen Umfangsbereich des Schaltanschlusses vorzugsweise widerhakenartig eingreift. Dabei ist vorteilhaft, dass die Wellenspitzen eine gegebenenfalls vorhandene Isolation aufbrechen und jedenfalls eine mechanische Verbindung zwischen der Kommutatorlamelle und dem Schaltanschluss herbeiführen. Weitere Fügeprozesse sind nicht erforderlich, können aber erforderlichenfalls zusätzlich vorgenommen werden. Zusätzliche Maßnahmen könnten beispielsweise stoffschlüssige Verfahren sein, wie beispielsweise Löten oder Schweißen. Des Weiteren könnte auch vorgesehen sein, dass die Nutwände aufeinander zu bewegt werden, d. h. der oder die Schaltanschlüsse können erforderlichenfalls zusätzlich gequetscht werden.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. So ist beispielsweise vorgesehen, dass nicht nur eine Nutwand der Nut ein Wellenprofil aufweist, sondern auch die andere Nutwand der Nut. Dadurch ist es möglich, die mechanische Verbindung verstärkt – auf beiden Seiten der Nut – auszuführen.
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Des Weiteren ist ein Verfahren vorgesehen. Demnach wird in eine einzelne Kommutatorlamelle mit einer Nut mit zueinander gerichteten Nutwänden mindestens ein Schaltanschluss eingefügt und mit der Kommutatorlamelle an einer Festhalteposition befestigt. Die mindestens eine Nutwand weist ein Wellenprofil mit mindestens einer Wellenspitze und mindestens einem Wellental auf, wobei die mindestens eine Wellenspitze beim Fügeverfahren in der Festhalteposition in einen Umfangsbereich des Schaltanschlusses vorzugsweise widerhakenartig eingreift. Gemäß einer weiteren Ausbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Wellenspitze beim Fügen in der Nut eine Isolierung des Schaltanschlusses zerstört und diese oder eine weitere Wellenspitze in den Schaltanschluss vorzugsweise widerhakenartig an der Festhalteposition eingreift. Die Vorteile der Verfahrensansprüche sind, dass durch das Wellenprofil sowohl einerseits die Isolation aufgebrochen werden kann und andererseits auch eine Befestigung des Schaltanschlusses durch bloßes Hineinschieben in die Nut hergestellt wird. Der Vorteil des zweiten Unteranspruchs des Verfahrens führt zu einer besonders zuverlässigen Verbindung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Die Erfindung ist in fünf Figuren dargestellt. Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine elektrische Maschine mit einem Kommutator,
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2 eine Seitenansicht einer Kommutatorlamelle mit zwei Schaltanschlüssen,
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3 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Nut,
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4 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Nut,
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5 eine teilweise Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer Nutwand.
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Die 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Starter, der hier als spezielles Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1 gezeigt ist. Die in 1 dargestellte elektrische Maschine 1 (Starter) für eine Brennkraftmaschine weist als Antriebselement beispielhaft ein Starterritzel 2 auf, das zum Starten der Brennkraftmaschine 4 in Eingriff mit einem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine gebracht wird. Als Antriebselement der elektrischen Maschine 1 kann auch eine Riemenscheibe dienen. Das Starterritzel ist auf einer Antriebswelle 5, wie mit dem Doppelpfeil gekennzeichnet, axial verschieblich gelagert. Das Starterritzel 2 ist dabei drehfest mit der Antriebswelle 5 gekoppelt. Das Starterritzel 2 wird zwischen einer zurückgezogenen Außer-Funktions-Position und einer vorgerückten Eingriffsposition mit dem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine 4 über ein Einrückrelais 6 verstellt. Das Einrückrelais 6 ist ein elektromagnetischer Antrieb und umfasst zumindest eine bestrombare Relaiswicklung 7 sowie einen Hubanker 8, der bei Bestromung der Relaiswicklung 7 in diese axial hineingezogen wird. Der Hubanker 8 ist über einen Einrückhebel 9 kinematisch mit dem Starterritzel 2 gekoppelt, sodass die axiale Verstellbewegung des Hubankers 8 zwischen einer Ruheposition und einer Verstell- bzw. Arbeitsposition in eine korrespondierende axiale Stellbewegung des Starterritzels 2 zwischen der Außer-Funktions-Position und der Eingriffsposition eingesetzt wird.
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Die drehende Antriebsbewegung auf die Antriebswelle 5 bzw. das Starterritzel 2 wird mit Hilfe eines elektrischen Motors 11 erzeugt, der über eine Getriebe, welches als Planetengetriebe 12 ausgeführt ist, mit der Welle 5 gekoppelt ist. Bei einer Betätigung des elektrischen Motors 11 wird die Antriebswelle 5 und damit auch das Starterritzel 2 in Drehung versetzt.
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Der elektrische Motor 11 wird mittels eines Kommutators 13 sowie darauf gleitenden Bürsten 14 und 15 bestromt. Dazu wird eine Rotorwicklung 63 des Rotors 60 über den Kommutator 13 von elektrischem Strom durchflossen.
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Der Kommutator 13 umfasst mehrere Kommutatorlamellen 20, die rund um eine Rotationsachse 21 des Motors 11 angeordnet sind, 2. Eine Kommutatorlamelle 20 weist mehrere wesentliche Abschnitte auf: ein Schenkel 22 dient dazu, einerseits die Kommutatorlamelle 20 in einem sogenannten Pressmaterial zu verankern. Sowohl das Pressmaterial als auch die eigentliche Verankerung sind hier nicht dargestellt, da sie nicht erfindungswesentlich sind. Der Schenkel 22 hat darüber hinaus die Aufgabe, der Bürste 14 bzw. der Bürste 15 eine nach radial außen gerichtete Gleitoberfläche 23 anzubieten. Über diese Gleitoberfläche 23 fließt im eingeschalteten Zustand des Startermotors 11 Strom von der Bürste 14 in die Kommutatorlamelle 20. An den Schenkel 22 schließt sich in Richtung zu einem Ende dieses Schenkels 22 eine Fahne 24 (Anschlussstück) an, die üblicherweise einstückig mit dem Schenkel 22 ausgeführt ist. In dieser Fahne 24 ist eine Nut 27 eingebracht, die zur Aufnahme eines oder, wie hier dargestellt, zweier Schaltanschlüsse 30 dient.
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In 3 ist eine Seitenansicht auf eine Nut 27 in einer Fahne 24 dargestellt. Diese Nut 27 weist zwei Nutwände 33 und 34 auf. Beide Nutwände 33 und 34 unterscheiden sich. So ist die eine Nutwand 34 glatt ausgebildet, während die Nutwand 33 eine hier als Wellenprofil 35 bezeichnete Gestaltung aufweist. Dieses Wellenprofil 35 soll mindestens eine Wellenspitze 40 und mindestens ein Wellental 42 (Nicht-Wellenspitze) aufweisen. Im Beispiel finden sich zwischen acht Wellenspitzen 40 insgesamt sieben Wellentäler 42. In 3 ist beispielhaft in einem Nutgrund 45 ein Querschnitt eines Schaltanschlusses 30 dargestellt. Diese hier eingezeichnete Position entspricht einer beispielhaften Festhalteposition 47. In dieser hier abstrakten Darstellung ist gezeigt, wie der vormals runde Querschnitt des Schaltanschlusses 30 durch das Fügen in die Nut 27 verändert wird. Der Schaltanschluss 30 wird entlang einer Mittellinie 50 durch eine Öffnung 53 der Nut 27 in Richtung zum Nutgrund 45 bewegt. Wie ohne weitere Erklärung eindeutig ersichtlich ist, wird dabei der runde Querschnitt des Schaltanschlusses 30 am Wellenprofil 35 entlang bewegt. Da die Wellenspitzen 40 dem Schaltanschluss 30 im Weg sind, schaben die Wellenspitzen 40 einen Teil des Querschnitts des Schaltanschlusses 30 bzw. des ihn darstellenden Drahtes ab. Der Schaltanschluss 30 wird ab einer bestimmten Eindringtiefe in die Nut 27 bereits durch das Wellenprofil 35 gehalten (Formschluss). Insgesamt ist vorgesehen, dass die mindestens eine Wellenspitze 40 in einer Festhalteposition 47 in einen Umfangsbereich des Schaltanschlusses 30 vorzugsweise widerhakenartig eingreift. Die Festhalteposition 47 kann im Nutgrund 45 sein, muss es aber nicht. So ist beispielsweise denkbar, dass der Schaltanschluss 30 im Bereich des Wellenprofils 35, jedoch nicht am Nutgrund 45 positioniert ist. Ganz besonders für einen zweiten Schaltanschluss radial über dem ersten Schaltanschluss 30 ist eine Festhalteposition nicht im Nutgrund 45.
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Es ist somit eine elektrische Maschine 1 mit einem Rotor 60 und einer Rotorwicklung 63 offenbart, wobei die Rotorwicklung 63 Schaltanschlüsse 30 aufweist. Ein Kommutator 13 hat einzelne Kommutatorlamellen 20, wobei an mindestens einer Kommutatorlamelle 20 mindestens ein Schaltanschluss 30 der Rotorwicklung 63 mechanisch und elektrisch verbunden ist. Mindestens eine einzelne Kommutatorlamelle 20 weist eine Nut 27 mit zueinander gerichteten Nutwänden 33 auf. In der Nut 27 ist der mindestens eine Schaltanschluss 30 eingefügt und mit der Kommutatorlamelle 20 in einer Festhalteposition 47 befestigt. Mindestens eine Nutwand 33 weist ein Wellenprofil 35 mit mindestens einer Wellenspitze 40 und mindestens einem Wellental 42 auf. Es ist vorgesehen, dass die mindestens eine Wellenspitze 40 in der Festhalteposition 47 in einen Umfangsbereich des Schaltanschlusses 30 vorzugsweise widerhakenartig eingreift. Durch das Fügen des Schaltanschlusses 30 in die Nut 27 ergibt sich an der Nutwand 33 (ggf. auch 34) ein Formschluss, an der das Wellenprofil 35 angeordnet ist. Nicht näher bezeichnete Flanken des Wellenprofils 35 liegen dabei mit Abschnitten an Bereichen des Umfangs des Schaltanschlusses 30 an und verhindern so ein Herausrutschen des Schaltanschlusses 30 aus der Nut 27.
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Es ist insbesondere vorgesehen, dass ein beispielsweise mit Lack isolierter Schaltanschluss 30, ohne vorher abisoliert worden zu sein, in die Nut 27 gefügt wird. Durch das Entlanggleiten des Schaltanschlusses 30 am Wellenprofil 35 wird dabei am Umfang des Schaltanschlusses 30 teilweise die Isolation 65 aufgerissen bzw. aufgebrochen und ein unmittelbarer Kontakt zwischen dem Material des Schaltanschlusses 30 und dem Material der Nutwand 33 bzw. der Fahne 24 hergestellt (elektrischer Kontakt).
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In 3 ist oberhalb des einen Schaltanschlusses 30 ein weiterer Schaltanschluss 30 angedeutet. Dementsprechend kann vorgesehen sein, dass in der Nut 27 radial übereinander, d. h. in Fügerichtung 68 (Pfeil), zwei Schaltanschlüsse 30 mit der Nutwand 33 kontaktieren und durch jeweils mindestens eine Wellenspitze 40 in einer individuellen Festhalteposition 47 gehalten sind.
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4 zeigt eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels gemäß 3. So zeigt dort nicht nur die Nutwand 33 ein Wellenprofil 35, sondern auch die gegenüberliegende Nutwand 34 ein entsprechendes Wellenprofil 35. Beim Fügen des Schaltanschlusses 30 passiert im Grunde genommen genau das Gleiche wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 3, jedoch auf beiden Seiten des jeweiligen Schaltanschlusses 30 und damit in Umfangsrichtung auf den Kommutator 13 bezogen. Auf beiden Seiten findet jeweils ein Abschaben einer ggf. vorhandenen Isolation 65 und – falls nicht vorhanden nur – eine verdrängende (umformende) und evtl. zusätzlich spanende Bearbeitung des Schaltanschlusses 30. Auch hier ist angedeutet, dass ein zweiter Schaltanschluss 30 radial oberhalb eines sich hier im Nutgrund 45 befindenden Schaltanschlusses 30 befindet. Beim zweiten Schaltanschluss 30 läuft das Verfahren prinzipiell gleich ab.
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Sowohl beim Ausführungsbeispiel nach 3 als auch beim Ausführungsbeispiel nach 4 kann zusätzlich vorgesehen sein, dass ein jeweiliger Schaltanschluss 30 mit einer Nutwand 33 bzw. 34 bzw. der Fahne 24 zusätzlich stoffschlüssig verbunden sein kann (Schweißen, Löten).
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Es ist somit vorgesehen, dass eine zweite Nutwand 34 der Nut 27 ein Wellenprofil 35 mit mindestens einer Wellenspitze 40 und mindestens einem Wellental 42 aufweist, und die mindestens eine Wellenspitze 40 in einen Umfangsbereich des Schaltanschlusses 30 vorzugsweise widerhakenartig eingreift.
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In 5 ist eine alternative Ausführungsform eines Wellenprofils 35 dargestellt. Während gemäß 3 und 4 das Wellenprofil aus symmetrisch aufgebauten Zähnen aufgebaut ist, sind gemäß 5 die Zähne unsymmetrisch aufgebaut. So ist ein Flankenwinkel der einzelnen Flanken zwischen einem Wellental und einer Wellenspitze beidseitig eines Zahns unterschiedlich. In diesem Beispiel ist der Widerstand gegen das Fügen eines Schaltanschlusses 30 verhältnismäßig klein. Der Widerstand gegen das Herausgleiten eines Schaltanschlusses 30 unter einer Zentrifugalbeanspruchung ist dagegen verhältnismäßig groß.
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Wie in 4 dargestellt ist, haften an Flanken des Wellenprofils 35 abgelöste Partikel, die entweder Material des Schaltanschlusses 30, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, oder abgelöste Partikel der Isolierung 65 oder Partikel des Wellenprofils 35 sind oder eine Kombination aus den Materialien der Isolation, des Leitermaterials oder des Materials der Kommutatorlamelle ist. Die Partikel sind hier mit der Bezugszahl 70 bezeichnet.
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Wie aus der vorbeschriebenen Darstellung hervorgeht, ist damit auch ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen einer Rotorwicklung 63 eines Rotors 60 einer elektrischen Maschine 1 und einem Kommutator 13, der einzelne Kommutatorlamellen 20 hat, offenbart. Dabei wird an mindestens einer Kommutatorlamelle 20 mindestens ein Schaltanschluss 30 der Rotorwicklung 63 mechanisch und elektrisch verbunden. Eine einzelne Kommutatorlamelle 20 weist eine Nut 27 mit zueinander gerichteten Nutwänden 33 bzw. 34 auf. In diese Nut 27 wird der mindestens eine Schaltanschluss 30 eingefügt und mit der Kommutatorlamelle 20 an einer Festhalteposition 47 befestigt. Mindestens eine Nutwand 33 weist ein Wellenprofil 35 mit mindestens einer Wellenspitze 40 und mindestens einem Wellental 42 auf. Verfahrensgemäß greift mindestens eine Wellenspitze 40 in der Festhalteposition 47 in einen Umfangsbereich des Schaltanschlusses 30 vorzugsweise widerhakenartig ein. Eine Wellenspitze 40 formt dabei den Schaltanschluss 30 um. Es ist gemäß einer weiteren Ausführung vorgesehen, dass die Wellenspitze 40 beim Fügen in der Nut 27 eine gegebenenfalls vorhandene Isolierung 65 des Schaltanschlusses 30 zerstört und diese oder eine weitere Wellenspitze 40 in den Schaltanschluss 30 vorzugsweise widerhakenartig in der Festhalteposition 47 eingreift. Es ist insbesondere vorgesehen, dass dies an beiden Nutwänden 33 und 34 abläuft.
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Gemäß einer weiteren Variante des Ausführungsbeispiels nach 3 oder 4 kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Schaltanschluss 30 am Nutgrund 45 und dem darüber liegend angeordneten Schaltanschluss 30 (Ober- und Unterlage) eine Rundung vorgesehen ist, die den Formschluss an dieser Stelle erhöhen soll. Eine Rundung 73 bedeutet, vgl. auch 4, dass einer der beiden Schaltanschlüsse 30 so profiliert ist, dass sich ein Teil der Außenkontur des angrenzenden Schaltanschlusses in diese Rundung 73 einschmiegt. Hierdurch wird erreicht, dass die Hohlräume in der Nut 27 verringert werden und dadurch die Menge störender Medien – die beispielsweise Korrosion auslösen können – verringert werden kann. Beispielsweise ist somit der verbleibende Raum für beispielsweise eingedrungenes Wasser deutlich verringert. Dies bedeutet, dass die Größe elektrochemisch störender Bereiche verkleinert ist. Zudem sorgt der höhere Formschluss auch für eine Steigerung der Festigkeit der Verbindung. Von der Auslegung her ist vorgesehen, dass die Nutbreite 0,2 mm unter dem Durchmesser des abisolierten Leiters bzw. Schaltanschlusses 30 liegt. Die Nuttiefe liegt je nach Drahtdurchmesser 0,5 bis 0,7 mm unter dem doppelten Durchmesser des abisolierten Leiters bzw. Schaltanschlusses 30. Hat der Leiter einen Durchmesser von 2,0 mm, so ist eine Nutbreits von 1,8 mm vorgesehen. Die Nuttiefe soll dann 3,3 mm bis 3,5 mm betragen. Für den Schaltanschluss 30 ist vorgesehen, diesen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, Aluminium oder kupferummanteltem Aluminium zu fertigen. Des Weiteren ist vorgesehen, Hohlräume, beispielsweise in dem Dreieck zwischen Nutwand 33, 34 und den beiden Schaltanschlüssen 30, zu minimieren und mit Harz auszufüllen. Dadurch steigt der Korrosionsschutz.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007014349 A1 [0001]
- DE 877038 [0002]
- DE 2358021 [0002]
- DE 2538295 [0002]
- DE 3131117 A1 [0002]
- DE 3148771 A1 [0002]
- DE 4002106 A1 [0002]
- FR 2458930 [0002]
- JP 2003-111358 [0002]
- JP 2003-169458 [0002]
- US 4155499 [0002]
- US 6064136 [0002]
