DE1230898B

DE1230898B - Verfahren zum Befestigen der Schaltenden von Wicklungen elektrischer Maschinen an Kommutatoren durch Lichtbogenschweissung

Info

Publication number: DE1230898B
Application number: DES98877A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ralf-Dieter Krause; Dr-Ing W Roessner; Dr Rer Nat Erich Zastrow
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-08-17
Filing date: 1965-08-17
Publication date: 1966-12-22

Description

Verfahren zum Befestigen der Schaltenden von Wicklungen elektrischer Maschinen an Kommutatoren durch Lichtbogenschweißung Bei hochbelasteten Kommutatormaschinen können die Schaltenden der Wicklung nicht mehr durch Weichlötung mit dem Kommutator verbunden werden, weil der untere Erweichungspunkt von Zinnloten durch die Betriebstemperatur des Kommutators bereits vielfach überschritten wird. Eine Hartlötverbindung führt bei der herkömmlichen Erhitzungsweise, wie durch Flamme oder durch Widerstandserwärmung, zu einer unerwünschten Erweichung der Kommutatorlamellen oder zu einer Schädigung der Zwischenisolation der Kommutatorlamellen. Außerdem hat die Hartlötverbindung auch den Nachteil hoher Sprödigkeit.
Es sind Kollektor-Schweißmaschinen für Kleinmotoren bekannt, wie sie beispielsweise bei Haushaltgeräten, Elektrowerkzeugen, Büromaschinen u. dgl. verwendet werden. Hierbei werden die Wikkelenden ohne Entfernung der Lackisolierung in die vorgefrästen Nuten eingelegt. Anschließend werden die Lamellen durch Widerstandserhitzung erwärmt und durch Warmverpressen verformt (vgl. Kurzbericht »Mikro-Schweißtechnik« in »Der Praktiker«, 6/1965, S. 153). Es ist ersichtlich, daß derartige Schweißmaschinen wegen der notwendigen Verformungsarbeit nur für die beschriebenen Kleinmotoren eingesetzt werden können. Außerdem wird bei einer derartigen Schweißverbindung die Lamellenfestigkeit so weit herabgesetzt, daß die mechanische Festigkeit für leistungsstärkere Rotoren mit höheren Umfangsgeschwindigkeiten nicht mehr ausreichend ist.
Ferner ist ein Verfahren zum Befestigen der Schaltenden von Wicklungen elektrischer Maschinen an Kommutatoren bekannt, bei dem die Schaltenden in Zwischenstoffe, wie Metalle, beispielsweise Silber, Kupfer, Aluminium- oder Metallegierungen, eingebettet und hierauf unter Einwirkung des elektrischen Stromes mit dem Kommutator verschweißt werden. Die Zwischenstoffe werden in Form von Folien, Bändern, Geweben oder auch als körniges oder pulverförmiges Gut in den in der Nut befindlichen Zwischenräumen zwischen den Schaltenden angebracht (vgl. deutsche Patentschrift 964 257). Nachteilig an diesem Verfahren ist der zusätzliche Arbeitsgang des Einbringens des Zwischenstoffes in die Nut und der vermehrte Materialaufwand in Form des Zwischenstoffes ' weiterhin die mit der Auflegierung verbundene Erhöhung des elektrischen Widerstandes sowie die Werkstoffsprödigkeit.
Außerdem ist es bekannt, die Schaltenden von Stabwicklungen übereinander in nutförmigen Ausnehmungen des Kommutators anzubringen und das in der Nut unten liegende Schaltende mit einem rechtwinkeligen Ansatz zu versehen, der das obere Schaltende überragt. Der Lichtbogen wird gegen den Ansatz des unteren Schaltendes gerichtet und verharrt so lange, bis der überstehende Ansatz schmilzt und verläuft (vgl. USA.-Patentschrift 2 400 902). Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß der Unterstab der Stabwicklung in Form des Ansatzes hochgeführt werden muß. Außerdem versagt dieses Verfahren bei Drähten kleineren Querschnittes, weil der hochgezogene Ansatz den Lichtbogen auf sich zieht und zu einer Perle verschnülzt, während das angrenzende Lamellenmaterial noch unzureichend erwärmt ist. Schließlich ist das Verfahren auf zwei in der Nut übereinander angeordnete Wicklungsenden begrenzt.
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Schaltenden von Wicklungen elektrischer Maschinen in beliebiger Anzahl und Anordnung sowie bei weitgehend beliebigem Lamellen-Draht-Verhältnis mit den Lamellen von Kommutatoren durch direkte Lichtbogeneinwirkung verschweißt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schaltenden in die nutartigen Ausnehmungen der Kommutatorlamellen durch Einstemmen festgelegt und sodann durch Punkten und/oder mehrfaches Pendeln des Schweißbrenners längs der Ausnehmungen mit der Kommutatorlamelle verschweißt werden. Durch den Preßsitz zwischen den Schaltenden und der Kommutatorlamelle wird ein guter Wärmeübergang geschaffen, so daß die Wicklungsenden auch bei ungünstigen Lamellen-Draht-Verhältnissen, d. h. bei vergleichsweise dicken Lamellenstegen und dünnen Wicklungsenden oder bei dünnen Lamellenstegen und dicken Wicklungsenden, nicht überhitzt werden und eine alllseitige und innige Verbindung zustande kommt. Ferner ist durch das mehrfache Pendeln und/oder Punkten die zugeführte Lichtbogenenergie steuerbar und wird die Wärmeeinwirkung gleichmäßig über die Verbindungsstelle verteilt. Durch das Punkten, worunter hier und im folgenden das Lichtbogenschweißen bei örtlichem Stillstand des SchweiMrenners zu verstehen ist, kann die Wärmeeinwirkung an Stellen erhöhter Wärmeableitung gezielt verstärkt werden. Ferner ist es vorteilhaft, daß zum gleichzeitigen Verschweißen mehrerer in der Ausnehmung übereinander angeordneter Schaltenden diese in der Ausnehmung so geführt werden, daß sämtliche Schaltenden von dem Lichtbogen direkt erfaßt werden. Dadurch werden sämtliche Schaltenden von -einem Schweißvorgang erfaßt und in die Verbindung mit einbezogen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung näher erläutert.
F i g. 1 zeigt einen Teilausschnitt eines Kommutators mit in den Kommutatorlamellen eingelegten Schaltenden; - F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Kommutatorlamelle mit eingefräßter Nut und übereinander angeordneten Schaltenden; F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch eine Kommutatorlanielle mit in einer Lamellenfahne nebeneinander angeordneten Schaltenden; F i g. 4 zeigt einen Schnitt durch eine Kommutatorlamelle mit abgeschrägter Lamellenfahne und übereinander angeordneten Schaltenden.
In F i g. 1 sind die Kommutatorlamellen mit 1 bezeichnet, in die Ausnehmungen 2 in Form von Nuten, Schlitzen od. dgl. eingefräst sind. Die Kommutatorlamellen 1 sind gegeneinander und gegen die Nabe 3, beispielsweise mit einer Mikanitisolierung 4, isoliert. Die in die Kommutatorlamellen 1 einzuschweißenden Wicklungs- oder Schaltenden sind mit 5 bezeichnet. Mit 6 ist schematisch die Schweißvorrichtung, vorzugsweise eine nicht abbrennende Wolframelektrode, bezeichnet. Neben dem Wolfram-Inertgas-Schweißverfahren kann insbesondere auch das Schweißen mit dem Plasmabrenner Verwendung finden. Außerdem kann in manchen Fällen, wo ein Materialauftrag vorteilhaft erscheint (erhöhte mechanische Festigkeit), auch - das Metall-Inertgas-Verfahren angewendet werden, mit Kupferdraht als abbrennender Elektrode. Die Schaltenden5 werden so in die Ausnehmung 2 eingebracht, daß sie sowohl am Nutengrund als auch an den Nutwandungen satt anliegen. Ein mäßiges Einsteinmen der Schaltenden 5 ist hierzu vorteilhaft. Es hat sich nämlich überraschend gezeigt, daß bei Beachtung dieser Maßnahme - unabhängig vom Drahtquerschnitt - eine innige und allseitig feste Verbindung zwischen der Kommutatorlamelle 1 und den Schaltenden 5 in die Ausnehmung 2 die Schaltenden 5 infolge überhitzung zu einer Perle zusammer)schmelzen und eine Verbindung meist nur mit einem Teil einer Nutenwand zustande kommt. Die Schweißelektrode 6 ist insbesondere bei kleinen Draht- und Lamellenabmessungen in der Mittelebene der Ausnehmung 2 zu führen. Um eine Verletzung der Mikanitzwischenisolierung 4 zu vermeiden und porenfreie Schweißung zu erreichen, ist es vorteilhaft, diese etwas auszuschaben.

F i g. 2 zeigt eine Kommutatorlamelle 1 mit einer Ausnehmung 2, in der übereinander angeordnete Schaltenden 5, wie beschrieben, befestigt sind. Die Schaltenden 5 sind in Richtung zum Lichtbogen hin abgebogen. So wird unter Verzicht auf eine Lamellenfahne eine dauerhafte Verschweißung sämtlicher Schaltenden 5 mit einem einzigen Pendel- oder Punkt-Schweißvorgang ermöglicht. Es hat sich gezeigt, daß bei einer Anordnung, wie in F i g. 2 dargestellt, mit relativ gleichmäßiger Wärmeableitung über die gesamte Verbindungsstelle, insbesondere bei größeren Lamellenabmessungen, an Stelle einer Pendelschweißung auch ein Schweißen mit langgezogener Schweißraupe ohne Umkehrung der Schweißrichtung möglich ist. Eine Pendelschweißung und somit eine gleichmäßige Wärmeverteilung auf die Kommutatorlamelle hingegen ist stets dann sehr vorteilhaft, wenn die Wärmeableitung der Verbindungsstelle ungleichmäßig ist, wie das vorzugsweise bei durch Lamellenfahnen 7 (F i g. 3, 4) überhöhten Kommutatorlamellen der Fall ist. Das punktförmige Verschweißen der Kommutatorlamelle ist insbesondere bei schmalem Nutauslauf von Vorteil. Als besonders vorteilhaft hat sich ein schnelles Mehrfachpendeln längs der Ausnehmung 2 herausgestellt. Versuchsschweißungen mit einer Anordnung, wie sie in F i g. 2 dargestellt ist, haben ausgezeichnete Ergebnisse gebracht. Als Beispiel sei die Anordnung von zwei Runddrähten übereinander mit folgenden Daten angeführt:

Lamellen-Draht-Verhältnis ..... LID = 2,1

Schweißverfahren ............. WIG

Schweißstrom ............ etwa 90 A

Schweißgeschwindigkeit ... etwa 0,8 ni/Min.

Schweißzeit/Lamelle ........... 4

Anzahl der Überschweißungen . . 1,5 Sek.

F i g. 3 zeigt eine Kommutatorlamelle 1 mit einer Lamellenfahne 7 und vorzugsweise nebeneinander angeordneten Schaltenden 5. Eine solche Anordnung ist für größere Kommutatoren mit dickeren Drahtquerschnitten vorteilhaft. Durch die Lamellenfahne 7 wird die Schweißstelle in bezug auf die eigentliche Kommutatoroberfläche hochgelegt. Damit werden insbesondere die mechanisch hoch beanspruchten Teile der Kommutatorlamelle 1 (Schwalbenschwanzbefestigung) vor allzu starker Wärmeeinwirkung geschützt, so daß die erforderliche mechanische Festigkeit erhalten bleibt. Bei dieser Anordnung bietet sich ein kombiniertes Pendel-Punkt-Schweißverfahren an, wobei vorzugsweise die Stirnfläche der Lamellenfal-me 7 gepunktet werden kann.

F i g. 4 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Lamellenfahne 7 bei übereinander angeordneten Schaltenden 5. Durch Abschrägen der einen Stirnseite 8 der Lamellenfahne 7 können sämtliche Schaltenden 5 mit einem einzigen stirnseitigen Schweißvorgang mit ausreichendem Nahtquerschnitt erfaßt und verschweißt werden.
Außerdem ist noch darauf hinzuweisen, daß das oben beschriebene Verfahren auch bei anderen Schaltverbindungen anwendbar ist, beispielsweise beim Verbinden der Läuferwicklungsstränge bei Schleifringläufermaschinen mit den zu den Schleifringen führenden Anschlußfahnen.

Claims

Patentansprüche-. 1. Verfahren zum Befestigen der Schaltenden von Wicklungen, die in vorgefertigte nutartige Ausnehmungen von Kommutatorlamellen eingelegt werden, mittels Lichtbogenschweißung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltenden (5) in die nutartigen Ausnehrnungen (2) der Kommutatorlamellen (1) durch Einstemmen festgelegt und sodann durch Punkten und/oder mehrfaches Pendeln des Schweißbrenners (6) längs der Ausnehmungen (2) mit der Kommutatorlamelle (1) verschweißt werden.
2. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum gleichzeitigen Verschweißen mehrerer in der Ausnehmung (2) übereinander angeordneter Schaltenden (5) diese in der Ausnehraung (2) so geführt werden, daß sämtliche Schaltenden (5) von dem Lichtbogen direkt erfaßt werden. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei fahnenlosen Kommutatorlamellen (1) die Schaltenden (5) zum Lichtbogen hin abgebogen werden. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kommutatorlamellen (1) mit Lameffenfahnen (7) die eine Stirnseite (8) der Lamellenfahne (7) abgeschrägt wird und die Schaltenden (5) lediglich an der abgeschrägten Stirnseite (8) mit der Lamellenfahne (7) verschweißt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 964 257; USA.-Patentschrift Nr. 2 400 902; Zeitschrift »Der Praktiker«, Nr. 6, 1965, S. 153.