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Verfahren zur Herstellung einer Anker-Kommutatoreinheit mit einer
Ankerwicklung sehr kleinen Durchmessers Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren
zur Ilerstellung eines Ankers, der fest mit einem Kommutator verbunden ist und eine
Ankerwicklung sehr kleinen Durchmessers besitzt; die Erfindung bezieht sich insbesondere
auf Verbesserungen des -Verfahrens des Anschlusses der Ankerwicklung an den Xommutator,
um zwischen ihnen eine elektrische Verbindung zu erhalten.
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Es sind bisher zahlreiche Verfahren vorgeschlagen worden, zur TTerstellung
einer Anker-Kommutatoreinheit eine elektrische Verbindung zwischen einer Ankerwicklunz
und einem Kommutator herzustellen. Von diesen Verfahren wird im allgemeinen
das
Lötverfahren bevorzugt, da es eine zwangsläufige elektrische Verbindung gewährleistet.
Kürzlich ist ein als Schmelzen bezeichnetes Verf ahren entwickelt worden, bei dem
ein von einem Kommutator vorstehender Drahtgreiffinger gebildet, dieser Finger in
die Form eines Hakens gebogen, dann mit dem Finger ein isolierter Leiter einer Ankerwicklung
und darauf von oten zum Anlegen eines Drucks ein Elektrodenstab in Berührung gebracht
wird, bei den ferner den Elektrodenstab in diesem Zustand ein Strom ausreichender
Größe zugeführt wird, um den auf dem Leiter befindlichen Isolationsüberzug thermisch
zu zerstören und den Leiterkern freizulegen, wonach der Finger verformt wird, so
daß ein ausreichender elektrischer Kontakt zwischen dem Finger und dem Leiter aufrechterhalten
wird, Obwohl dieses Anschluß- oder Verbindungsverfahren im Hinblick auf die Zuverlässigkeit
der elektrischen Verbindung jim Vergleich mit dem vorher beschriebienen Lötverfahren
nachteilig ist, hat es jedoch große Vorteile darin> daß eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit
:rit großem Wirkungsgrad erhalten und die Arbeit automatisiert werden kann. Aus
diesem Grunde wird eine weitere Entwicklung auf diesem Gehiet erwartet, Da in steigendem
Maße ein Anker kleiner Abmessung, geringen Gewichts und fflr hohe Geschwindigkeit
gefordert wird, muß notwendigerweise das Schmelzverfahren anrewendet werden, wenn
zur Bildung der Ankerwicklung A I rr, E (American Institute of Electrical Engineers)
hitzeleständige Drähte Der Klasse H oder der Klasse C verwendet werden. Dies
ergibt
sich daraus, daß der Isolationsi.berzua dieser drähte nicht durch bloßes Eintauchen
in ein Lötbad oder In ein aa aus einem herkömmlichen Überzug-Abschälagens vollständie
abgelöst oder abgeschält werden kann, so daß keine vollständige elektrische Verbindung
erhalten werden kann.
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Jedoch hat das vorgeschriebene Schmelzverfahren den Nachteil, daß
die Qualität der hergestellten Anker durch einen Mangel an genauer Kontrolle des
Herstellungsverfahrens in weiten Grenzen schwankt. Somit ergaben sich zahlreiche
Schwierigkeiten unter Einschluß eines Mangels an Zuverlässigkeit der elektrischen
Verbindung, eines Mangels in der Festigkeit des Drahts nach dem Schmelzen sowie
unter Einschluß von Ungleichfönigkeit in der Qualität, wenn eine Ankerwicklung,
die aus einem Draht kleinen Durchmessers, z.B. kleiner als 0,3 mm, gebildet wurde,
elektrisch mit einem Kommutator verbunden wird. Für die Erzielung einer sicheren
elektrischen Verbindung sind die folgenden Forderungen zu erfüllen: 1) Der Isolationsüberzug
sollte mit Sicherheit thermisch zerstört und abgeschZllt werden, so daß die blanke
Kupferfläche des Leiterkerns freigelegt werden kann.
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2) Das zersetzte und abgeschälte Oberzugsmaterial sollte aus dem
Zwischenraum zwischen dem den Finger formenden Kupfer und der freigelegten Kupferfläche
des Leiterkerns
herausfliessen, so daß zwischen ihnen ein inniger
Kontakt hergestellt werden kann.
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3) Zwischen dem den Finger bildenden Kupfer und der Kupferoberfläche
des Leiterkerns sollte kein Spalt bestehen, so daß der Kontaktabschnitt zuverlässig
gegen Oxydation, Schwefelsalzbildung oder gegen jegliche andere Korrosion geschUtzt
werden kann, die mit der Zeit Anlaß zu unstabilem Strom an Elektrizität geben könnte.
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Zur Befriedigung dieser Forderungen muß die Stärke des angelegten
Stroms, die Dauer des Stromdurchgangs und der angelegte Druck beim AnschluB- oder
Verbindungsvorgang in richtiger Weise ausgewählt werden.
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Bei dem vorbeschriebenen bekannten Schmelzverfahren werden die aus
der Ankerwicklung herausgefUhrten Leiterdrahte mit entsprechenden, an einem Kommutator
vorgesehenen Fingern in Eingriff gebracht, wobei dann die8ezineinanderzreifenden
Abschnitte durch einen flachen Elektrodenstab nacheinander für en Anschlußvorgang
durch Hindurchführen eines Stroms zusammengedrückt werden. Selbst wenn die einzelnen
ineinandergreifenden Abschnitte mit einem Strom derselben StArke versorgt.und in
gleichem Ausmaß zusammengedrückt werden1 können die vjrgenannten Bedingungen nicht
vollständig befriedigt werten. Es wurde durch Untersuchungen festgestellt, daß
nach
dem ersten Stromdurchgang eine allmähliche Temperaturerhöhung> in den Kommutatorsegmenten
erfolgte, wobei bei der 5. oder 6. Stromzufuhr eine Sättigung in der Temperatur
erreicht wurde.
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Daraus wurdengefolgert, daß der ungleichformige Endzustand sich aus
der Tatsache ergibt, daß die Leitfähigkeit von Kupfer und der Widerstand gegen plastische
Verformung von Kupfer mit der Temperaturerhdhung während der vorgenannten Zeitspanne
variiert, Ein derartiges Phänomen wird nicht so bemerkt, wenn ein Draht mit einem
verhältnismässig großen Durchmesser von mehr als 0,3 mm verwendet wird und eine
Fluktiation in der Qualität zulässig ist.
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Es ergibt sich jedoch aus dem vorgenannten Phänomen ein schwerwiegendes
Problem, wenn ein Draht mit einem kleinen Durchmesser kleiner als 0,3 mm verwendet
wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für die Herstellung einer
Anker-Kommutatoreinheit mit einer Ankerwicklung sehr kleinen Durchmessers zu schaffen,
bei dem die Einheit dadurch hergestellt wird, daß man einen Eisenkern mit einer
um diesen gewickelten AnkerSicklung sehr kleinen Durchmessers und einen Kommutator
auf einer Ankerwelle anordnet und dann eine elektrische Verbindung zwischen der
Ankerwicklung und dem Kommutator herstellt. Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß
man auf dem Kommutator eine Mehrzahl von Drahtgreiffingern ausbildet, eine Mehrzahl
von aus der Ankerwicklung herausgeführ ten isolierten Leitern-mit diesen Fingern
in Eingriff bringt, gleichzeltig durch eine Anzahl von Elektrodenstäben, deren Zahl
gleich
dr Zahl der Finger ist und die an ihrem Eingriffende einen einspringenden Abschnitt
mit einem dem Durchmesser des Leiters angenähert gleichen Tiefe besitzen, an alle
Eingriffabschnitte einen Druck anlegt und gleichzeitig oder in estaffelter Folqe
den Elektrodenstäben einen gesteuerten Strom zuführt, um die Finger mit den Leitern
elektrisch zu verbinden.
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Vorteilhaft wird auf der Oberfläche der an dernKon.mutator vorgesehenen
Drahtgreiffingern vorher ein dünner Film aus niedrig schmelzendem Metall aufgebracht,
um eine sichere elektrische Verbindung zwischen den Fingern und den Leitern zu gewährleisten.
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Erfindungsgemäß können die einzelnen ineinandergreifenden Abschnitte
denselben Anschlu- oder Verbindungsbedingungen unterliegen und es können der Abfluss.
des isolierenden Oberzugs als auch die Freilegung des Leiterkerns ohne Varänderung
der Leiterfestigkeit # erreicht werden. Auf diese Weise kann zwischen der Wickung
und dem Kommutator ein elektrischer, Verbindungsaufbau hoher Qualität erhalten werden.
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Erfindungsgemäß können die freigelegte Oberfläche es Leiters und
die Oberflache des Fingers an jihren Anschlußabschnitten vollständig in innigen
Kontakt miteinander gebracht werden, so daß eine elektrische Verbindung honer Qualität
ernalten
wird, die peschützt ist genen Oxydation, Schwefelsalzbildung und andere Korrosion,
die sonst mit der eit zu einem unstabilen Stromfluß durch die Verbindung führen
würde.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen
näher erläutert: Fig. 1 ist eine Frontansicht einer Anker-Kommutatoreinheit, die
erfindungsgemäß hergestellt wurden ist; Fig. 2 ist eine Seitenansicht, die das Erfindunasverfahren
für die Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Ankerwicklung und
dem Kommutator zeigt; Fig. 3 ist eine vergrößerte Ouerschnittsansicht, die die Kontur
des Arbeitsendes eines bei dem Verbindungsverfahren benutzten Elektrodenstabs zeigt;
Fig. 4 und 5 sind vergrößerte Ansichten, die Einzelheiten des Verbindungsverfahrens
verdeutlichen; Fig. 6 ist eine teilweise geschnittene Frontansicht, die das Verbindungsverfahren
nach dem Stand der Technik zeigt.
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In Fig. 1 ist eine Anker-Kommutatoreinbeit gezeigt, die nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist.
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Koaxial mit einem Kommutator 4 sitzt auf einer Ankerwelle 1 ein Eisenkern
2, um den eine Ankerwicklung 3 mit sehr kleinem Durchmesser von weniger als 0,3
mm gewickelt ist. Von den Kommutatorsegmenten 5 des Kommutators 4 stehen Drahtgneiffinger
5a vor, die von aus der Ankerwicklung 3 herausführenden Leitern 3a erfaßt werden,
um eine elektrische Verbindung zwischen der Ankerwicklung 3 und dem Kommutator 4
herzustellen.
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Bei der Herstelluno der vorbeschriebenen Anker-Kommutatoreinheit
wird die Ankerwicklung 3 nach einem bekannten Verfahren um den Eisenkern 2 gewickelt,
wobei der Eisenkern 2 und der Kommutator 4 auf eine Ankerwelle 1 aufgepaßt und an
dieser befestigt werden. flann werden die aus der Ankerwicklung 3 heraus führenden
Leiter 3a mit den am Kommutator 4 vorgesehenen Drahtgreiffingern 5a in Eingriff
gebracht, die dann umgebogen werden, um die Leiter 3a festzuhalten. Der Kommutatorabschnitt
wird dann gemäß Fig, 2 in eine Verbindungsvorrichtung 6 eingelegt; die Verbindunsvorrichtun
6 besitzt eine Mehrzahl von Elektrodenstäben 7, deren Zahl zumindest gleich der
Zahl der Finger Sa ist, wobei Einrichtungen, z.B.
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Zylinder oder Nocken für das gleichzeitige Bewegen der Elektrodenstwbe
in Richtung auf die Finger Sa zu oder von diesen weg sowie eine Energiequelle für
das Zuführen eines Stroms zu diesen Elektrodenstäben 7 vorgesehen ist. Weder Elektrodenstab
7
ist an Arbeitsende mit einem Einsprung 7a und einer Scinuiter 7b versehen, wobei
die von der Oberfläche der Schulter' 7b aus gemessene Tiefe E! des Einsprungs 7a
angenähert gleich dem Durchmesser D des Leiters 3 a ist. Vorteilhaft ist H = (0,02
mm bis 0,05 mm). Die Länge L des Einsprungs 7a ist vorzugsweise kleiner als die
Länge des Fingers Sa.
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Die Elektrodenstäbe 7 werden gleichzeitig gegen die Finger 5a gedrückt.
Der Elektradenstab 7 erfasst den Finger 5a an einer in Fig. 4 mit ausqezogenen Linien
bezeichneten Stelle und drückt nachfolgend den Finger 5a zusammen, bis die Spitze
des Fingers Sa die äußere UmfangsflX,che des Kommutators 4 berührt, wie es in unterbrochenen
Linien dargestellt ist.
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Darauf wird gleichzeitig zu allen Elektrodenstäben 7 ein elektrischer
Strom ausreichender Größe geschickt. Dadurch stehen die ineinandergreifenden Abschnitte
zwischen den Fingern 5a und den Leitern 3a unter den gleichen An8chlußbedingungen.
Unmittelbar vor Erreichen des in Fig. 5 gezeigten Zustands ist der auf der Oberfläche
des Leiters 3a vorhandene Isolationsüberzug 8 vollständig durch Wärmeeinwirkung
zerstört.
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Damit das zerstörte isolierende Oberzugsmaterial seitlich abfließen
und die Gegenwart von Überzugsmaterial in der Grenzschicht zwischen demLeiterkern
und dem mit diesen verbundenen Finger 5a verhindert werden kann, muß auf den Leiter
3a ein Druck ausgeübt werden, der jedoch nicht so groß sein darf, daß er die Querschnittsform
des Leiters zu stark verringert, da
dies sonst zu einer Erniedrigung
der Festigkeit des Leiters an der Verbindungsstelle führen würde. Zur Befriedigun
dieser Forderung ist der Elektrodenstab 7 mit dem Einsprung 7a versehen, dessen
Tiefe angenähert gleich dem Durchmesser des Leiters ist. In der Endstufe der in
Fig. S gezeigten Zusammendrückung befindet sich die Schulter 7b des Elekt@@@@@astabs
7 in einem vorbestimmten Abstand T (der angenähert gleiah der Dicke des Fingers
5a ist) von der äußeren Umfangsfläche des Kommutators 4, so daß der Leiter 3a nicht
so stark abgeflacht wird. Während des Zusammendrückens des Leiters 3a fließt der
thermisch zerstörte und abgeschälte Isolationsüberzug 3 seitlich aus dem Zwischenraum
zwischenLeiter 3a und dem Finger Sa ab. Daher wird der Leiterkern vollsthdig freigelegt
und seine Oberfläche in innigen Kontakt mit der Oberflache des Fingers 5a gebracht.
Dar Vorderabschnitt des Fingers 5a wird darch die Schulter 7b des Elektrodenstagbs
7 abgeflacht und mig dem Kommu7tatorsegment 5 verbunden, wobei der Leiter 3a genäß
Fig.
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5 eingeschlossen wird. Auf diese Weise wird eine elektrische Verbindung
hoher Oualität erhaltem. Bie Anker-Kommutatoreinheit wird gemäß Fig. 1 dadurch hergesteilt
An der Verbindungsvorrichtung 6 können Steuereinrich tungen vorgesehen werden, um
die Größenordnungen der Stromzufuhr zu den Elektrodenstäben 7 zu bestimmen and zu
dem nachfolgenden Elektrodenstab 7 einen kleineren Stroms als zu d«n vorangegangenen
Elektrodenstab 7 zu führen, so daß zu den einzelnen
Stäben gesteuerte
Ströme mit aufeinanderfolgend ahnehmenden Werter. geführt werden kennen, wobei bei
dem ersten Elektrodenstab ir.
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dem Zustand begonnen wird, bei dem alle Finger 5a durch die zugeordneten
Elektrodenstäbe 7 zusammengedräckt sind.
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Damit die elektrische Verbindung noch stabiler wegen Oxydation, Schwefelsalzbildung
oder andere Korrosion gemacht werden kann, müssen sich die Verbindungsflächen des
Fingers 5a und des Leiters 3a vollständig ber2hren. Dies läßt sich nicht dadurch
erreichen, daß ein starker Strom zu dem Elektrodenstab 7 geführt wird, um durch
Teilschmelzen des Leiters 3a eine Verschweißung zwischen dem Finger 5a und dem Leiter
3a herbeizuführen, da der Leiter 3a einen sehr kleinen Durchmesser besitzt, Man
muß daher nach anderen Verfahren suchen. Gemäß einem sehr vorteilhaften Verfahren
kann ein niedrig schmelzendes Metall, wie Zinn, Kadmium, Zinks Blei oder eine Legierung
aus einigen dieser Metalle verwendet werden, so daß das Metall oder die Legierung
ohne Schwierigkeit durch die infolge der Stromzufuhr erzeugte Hitze geschmolzen
wird, wobei nach dem Verfestigen durch Abkühlen das Metall oder die Legierung eine
feste Verbindung zwischen den verbindenden Flächen des Fingers 5a und des Leiters
3a sichert. Ein derartiges Metall oder eine derartige Legierung kann zuvor in einer
dünnen Lage auf der Oberfläche des Drahtgreiffingers 5a aufgebracht werden.