DE1261947B - Verfahren zur Herstellung eines Kommutators - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIr

H02k
Deutsche Kl.: 21 dl-59

Nummer: 1261947

Aktenzeichen: B 69792 VIII b/21 dl

Anmeldetag: 29. November 1962

Auslegetag: 29. Februar 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kommutators, bei dem ein Rohling aus einem flachen, elektrisch leitenden Werkstück zur Bildung von Verankerungselementen mit einem ersten Satz von Nuten versehen, nach Abtrennen vom Werkstück mit den Verankerungselementen nach innen zu einem Ring gebogen und daraufhin mit einem gegossenen Kern aus Isoliermaterial versehen sowie durch axiales Einschneiden in gegeneinander isolierte Kommutatorlamellen aufgeteilt wird.

Bei diesem bekannten Verfahren, bei dem der Rohling durch das Einarbeiten von später in axialer Richtung verlaufenden Nuten ein zahnstangenähnliches Profil erhält, das mit den Zähnen nach innen weisend ringförmig gebogen wird, verjüngen sich die durch die Zähne gebildeten Kommutatorlamellen vom Kommutatorumfang nach innen zur Achse desselben hin und werden daher praktisch nur durch die Reibung gegenüber dem Isoliermaterial gehalten, so daß der nach diesem Verfahren her- ao gestellte Kommutator keinesfalls für hohe Drehzahlen und stärkere Dauerbelastungen geeignet ist. Zur Sicherung der Lamellen gegen Ausreißen infolge der darauf einwirkenden Zentrifugalkräfte können die Lamellen mit kleinen Hinterschneidungen quer zur Längsachse der Lamellen versehen sein, die jedoch wenig wirksam sind und größeren Belastungen nicht standzuhalten vermögen.

Es ist weiterhin ein Kommutator bekannt, der äußerlich betrachtet dem Erfindungsgegenstand ahnlieh ist und eine sich in Umfangsrichtung erstrekkende, von außen nach innen sich schwalbenschwanzförmig verbreiternde Rippe aufweist, die in das Isoliermaterial zur Verankerung der Kommutatorlamellen eingeformt ist. Es ist jedoch nichts darüber ausgesagt, wie diese Verankerungsrippe am Rohling vor dem ringförmigen Biegen desselben hergestellt ist. Offenbar kann es sich hierbei nicht um einen einfachen Herstellungsvorgang handeln, da in der Mitte der schwalbenschwanzförmigen Rippe noch eine in Längsrichtung der Rippe verlaufende Nut vorgesehen ist, die offensichtlich mit der Erzeugung der Schwalbenschwanzform nichts zu tun hat. Für eine rationelle Massenfertigung ist dieser Kommutator daher nicht geeignet.

Es ist ferner ein Kollektor für elektrische Maschinen bekannt, insbesondere für Anlasser- und Lichtmaschinen von Kraftfahrzeugen, dessen Metallbahn aus einem zu einem Ring gebogenen Profilband hergestellt ist, das an seiner der Nabenachse zugekehrten Seite zwei angeformte durchlaufende Rippen hat und mit Hilfe von quer zur Bandlängsrichtung angesetzten Verfahren zur Herstellung eines Kommutators

Anmelder:

Borg-Warner Corporation,

Chicago, JU. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,

2000 Hamburg 36, Neuer Wall 41

Als Erfinder benannt:

J. Warren McCoIl, Maywood, JIl. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. November 1961
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keilförmigen Prägestempeln in untereinander über schmale und dünne Stücke zusammenhängende Lamellen unterteilt ist, wobei die beim Prägen der noch zusammenhängenden Lamellen entstehenden, mit je einer zugehörigen Lamelle verbundenen Rippenstücke krallenförmig quer zur Längsrichtung des Bandes umgebogen sind und zur Verankerung der Lamellen in der durch Einpressen von Isolierstoff gebildeten Tragnabe dienen, wobei beide Rippen im Abstand von den Lamellenstirnseiten verlaufen und die Rippenstücke abwechslungsweise gegen die Mittelzone der Lamellen und gegen die Stirnseiten der Lamellen abgebogen sind. Dieser bekannte Kollektor entspricht nicht dem Gattungsbegriff des Erfindungsgegenstandes und ist sowohl seiner Struktur als auch seinem Herstellungsverfahren nach, wie noch ersichtlich werden wird, völlig vom Erfindungsgegenstand verschieden. Beim Pressen der Lamellen sind stärkere Verformungen des Rohlings unvermeidlich. Diese Verformungen spielen bei diesem Kollektor jedoch keine Rolle, da er ohnehin nach dem Zusammenbau mit dem Isolierstoffkern abgedreht werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wenig aufwendiges, für eine rationelle Massenfertigung geeignetes neuartiges Verfahren zur Herstellung von Kommutatoren zu schaffen, die sehr hohen Drehzahlen bei Dauerbelastung gewachsen sind.

Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den in Umfangsrichtung

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des Kommutators verlaufenden Nuten des ersten Satzes ein zweiter in Umfangsrichtung verlaufender Satz von Nuten angebracht wird, so daß zum Kommutatorumfang sich verbreiternde Rippen zwischen den Nuten der beiden Sätze gebildet werden, daß ferner die Kämme der Rippen abgeflacht werden und daß schließlich der erste Satz Nuten auseinandergedrückt wird, so daß die Rippen mit dem zweiten Satz Nuten Schwalbenschwanzprofile bilden.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Rohling gestattet, da er im wesentlichen spanlos hergestellt werden kann, ein sehr schnelles Arbeiten, das für eine Massenfertigung vorzüglich geeignet ist, wobei die Lamellen nach ihrer Fertigstellung in radialer Richtung sicher verankert und hohen Drehzahlbelastungen aussetzbar sind.

Um die Lamellen auch in axialer Richtung gegen Verschieben zu sichern, kann das erfindungsgemäße Verfahren dadurch verbessert werden, daß vor dem Abflachen der Kämme der Rippen die Nuten des zweiten Satzes zu Nuten mit ebenen Böden verformt und gleichzeitig mit einer Reihe von quer zu den Nuten verlaufenden Deformationen versehen werden. Zweckmäßig werden gemäß der Erfindung die Nuten des zweiten Satzes durch Walzen oder Rollen verformt, wobei es dann anschließend möglich ist, die Kämme der Rippen beim Abflachen so stark zu drücken, daß zwischen den Böden der Nuten des zweiten Satzes und den anschließenden Seitenflächen der Rippen spitze Winkel entstehen.

Auf diese Weise kann der Lamellenrohling für den Kommutator in schneller wenig aufwendiger Weise im wesentlichen im Walzverfahren hergestellt werden, was bisher wegen der sich in Umfangsrichtung des Kommutators erstreckenden, der Verankerung dienenden Schwalbenschwanzprofile nicht für möglich gehalten wurde.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung einer Ausführungsform in Verbindung mit den Zeichnungen hervor. Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht einer Ausführungsform eines als Einheit geformten Kommutators,

F i g. 2 einen vergrößerten Teilschnitt nach der Linie 2-2 der F i g. 1,

F i g. 3 einen Teilschnitt und eine perspektivische Darstellung eines Rohlings aus leitendem Material, bei dem der erste Formvorgang beendet worden ist,

F i g. 4 eine perspektivische Darstellung des Rohlings, nachdem der zweite Formvorgang durchgeführt worden ist,

F i g. 5 eine perspektivische Darstellung des Rohlings nach Durchführung des dritten Formvorganges,

F i g. 6 eine perspektivische Darstellung eines Teiles des Rohlings nach Durchführung des abschließenden Arbeitsganges zur Erzeugung der schwalbenschwanzförmigen Verankerungsprofile und

F i g. 7 eine Darstellung des Rohlings aus leitendem Material, nachdem er in eine Ringform gebogen worden ist und unmittelbar vor dem Ausgießen mit Isoliermaterial.

Die F i g. 1 zeigt eine als Einheit ausgebildete Kommutatorkonstruktion 10, die aus einer Reihe von Kommutatorlamellen 12 besteht, die durch Schlitze 14 voneinander getrennt sind, die mit Isoliermaterial gefüllt werden können. Der Kommutator 10 umfaßt ferner einen gegossenen Kern 16 aus Isoliermaterial, der an Flächen der Lamellen 12 mit Schwalbenschwanzprofil gebunden ist, wie es in der F i g. 2 gezeigt ist. Im Kern 16 des Kommutators 10 ist eine Bohrung 18 zur Anordnung auf einer Welle oder auf einem anderen umlaufenden Körper gebildet. Bei der Anordnung eines solchen Kommutators 10 auf einer Welle oder einem anderen Körper kann z. B. eine Nut 20 zur Verdrehungssicherung benutzt werden, in die eine Paßfeder eingreifen kann. Kommutatoren dieser Art sind bekannt.

Das neuartige Verfahren gemäß der Erfindung zur

ίο Herstellung dieses gegossenen Kommutators, insbesondere jedoch zur Herstellung des die Lamellen des Kommutators bildenden Rohlings geht folgendermaßen vor sich: Die Kommutatorlamellen 12 bestehen aus elektrisch leitendem Material, z. B. Kupfer.

Zunächst werden in der Oberfläche 26 des aus leitendem Material bestehenden, stangenförmigen Rohlings 22 eventuell V-förmige, sich in Längsrichtung erstreckende, erste Nuten 24 gebildet, wobei flache Abschnitte 28 stehenbleiben. Bei dem nächsten Arbeitsgang werden z.B. durch Fräsen V-förmige zweite Nuten 30 von größerer Tiefe als die Nuten 24 in den flachen Abschnitten 28 gebildet, so daß ein Querschnitt gemäß der Darstellung in F i g. 4 entsteht. Sodann wird zur Verformung des Materials in den zweiten Nuten 30 ein Walzformvorgang unter Verwendung eines Spezialwalzwerkzeuges durchgeführt, wonach Nuten 32 und Rippen 34 mit im wesentlichen flachen Böden zurückbleiben, wie es in der Fig. 5 dargestellt ist. Gleichzeitig mit diesem letzten Walzvorgang kommt ein Walzformwerkzeug zur Anwendung, welches in den Nuten 32 Deformationen in Form von Vorsprüngen 36 bildet. Wahlweise kann das Walzformwerkzeug mit Vorsprüngen auf seinem Umfang versehen sein, so daß bei dem Walzvorgang Deformationen in Form von leichten Vertiefungen in den Böden der Nuten 32 gebildet werden, anstatt die Vorsprünge 36 entstehen zu lassen. In einem abschließenden Vorgang werden die oberen Ränder 38 der V-förmigen Nuten 24 der Rippen 34 flachgedrückt, um die Ränder in die benachbarten Nuten 32 hineinzudrücken und im wesentlichen flache Bereiche 40 zurückzulassen. Hierbei entsteht ein hinterschnittener, schwalbenschwanzförmiger Querschnitt gemäß der Darstellung in Fig. 6, so daß die Seiten 42 und 44 jeweils spitze Winkel α und b mit den Nutenböden 32 bilden.

Der Rohling 22 wird dann auf Maß geschnitten und in eine Ringform 46, mit den Schwalbenschwanzprofilen nach innen weisend, gebogen. Der so gebildete Ring wird dann mit Isoliermaterial 16 ausgegossen, wobei die Bohrung 18 und die Nut 20 entweder mit eingeformt oder nach Gießen eingearbeitet werden können.

Nach dem Gießen werden in den Ring 46 Schlitze 14 eingeschnitten, so daß getrennte Kommutator·* lamellen 12 entstehen, die jede für sich mit dem Kern 16 aus Isoliermaterial verankert ist. Es ist zu beachten, daß die Umfangslänge der Rippen 34 auf dem stangenförmigen Rohling, d. h. nach der Nutenbildung die gleiche ist wie die Umfangslänge des Rohlings selbst. Dieses ist äußerst wichtig, da hierdurch eine maximale Bindung zwischen dem zu einem Ring 46 gebogenen Rohling und dem gegossenen Isoliermaterial entsteht.

Als Beispiel der beschriebenen Ausführung ist ein Kommutator von etwa 25,4 mm Durchmesser hergestellt worden. Die Dicke des aus leitendem Material bestehenden Rohlings und demzufolge die radiale

Dicke des entstehenden Ringes 46 betrug etwa 2,03 mm und die Höhe der Rippen 34 bzw. die Tiefe der Nuten etwa 0,408 mm. Der Kommutator wurde bis zu 60 000 U/min untersucht. Da die Kommutatorlamellen einen sehr geringen radialen Raum einnehmen, ist es möglich, eine erhebliche Anzahl von ihnen je 25,4 mm des Umfanges unterzubringen. Außerdem ist die Anzahl der Kommutatorlamellen theoretisch unbegrenzt und hängt nur von der Schnittbreite bei der Herstellung der Lamellen ab. Die Haltekraft der Rippen und Nuten, die eine Schwalbenschwanzform bilden, erstreckt sich über den gesamten Umfangsbereich einer jeden Lamelle, so daß jede Lamelle ungeachtet ihrer Dicke durch das Eingießen sicher gehalten wird.

Es dürfte verständlich sein, daß dieser Kommutator verhältnismäßig einfach hergestellt werden kann. Außerdem besteht nicht die Schwierigkeit des Zusammenbaues einzelner Kommutatorlamellen vor dem Eingießen. Auch wird durch dieses Verfahren in vorteilhafter Weise eine maximale Bindung der Lamellen geschaffen, die sich über den gesamten Umfangsbereich der Kommutatorlamellen erstreckt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Kommutators, bei dem ein Rohling aus einem flachen, elektrisch leitenden Werkstück zur Bildung von Verankerungselementen mit einem ersten Satz von Nuten versehen, nach Abtrennen vom Werkstück mit den Verankerungselementen nach innen zu einem Ring gebogen und daraufhin mit einem gegossenen Kern aus Isoliermaterial versehen sowie durch axiales Einschneiden in gegeneinander isolierte Kommutatorlamellen aufgeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den in Umfangsrichtung des Kommutators verlaufenden Nuten des ersten Satzes ein zweiter in Umfangsrichtung verlaufender Satz von Nuten angebracht wird, so daß zum Kommutatorumfang sich verbreiternde Rippen zwischen den Nuten der beiden Sätze gebildet werden, daß ferner die Kämme der Rippen abgeflacht werden und daß schließlich der erste Satz Nuten auseinandergedrückt wird, so daß die Rippen mit dem zweiten Satz Nuten Schwalbenschwanzprofile bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Abflachen der Kämme der Rippen die Nuten des zweiten Satzes zu Nuten mit ebenen Böden verformt und gleichzeitig mit einer Reihe von quer zu den Nuten verlaufenden Deformationen versehen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten des zweiten Satzes durch Walzen oder Rollen verformt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend die Kämme der Rippen beim Abflachen so stark gedrückt werden, daß zwischen den Böden der Nuten des zweiten Satzes und den anschließenden Seitenflächen der Rippen spitze Winkel entstehen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 117 212;
schweizerische Patentschrift Nr. 249 949;
britische Patentschrift Nr. 320 117.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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