DE19514795C1

DE19514795C1 - Verfahren zur Herstellung eines Kommutators

Info

Publication number: DE19514795C1
Application number: DE19514795A
Authority: DE
Inventors: Anton Dipl Ing Holzhauer
Original assignee: ANTON HOLZHAUER UMFORMTECHNIK
Current assignee: ANTON HOLZHAUER UMFORMTECHNIK
Priority date: 1995-04-21
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2015-04-22
Also published as: DE59601501D1; CA2218487A1; SK284384B6; WO1996033534A1; EP0821838B1; JP4301528B2; CN1187911A; ES2131397T3; SI9620054A; KR19990007946A; AU722392B2; SK142297A3; AU5689296A; HUP9801535A2; ZA963158B; EP0821838A1; CN1068718C; US6108898A; BR9608186A; HUP9801535A3

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Herstellung eines Kommutators, insbesondere eines Plankommutators, für elektrische Maschinen gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus DE 41 40 475 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Preßstoff-Plankommutators der vorstehend genannten Art bekannt. Hierbei wird von einem im wesentlichen unbearbeiteten Rohmaterial aus leitendem Werkstoff ausgegangen, welches vorzugsweise in Stangenmaterial vorliegt, von dem ein Ausgangskörper beispiels weise in Form einer Ronde abgeschnitten wird. Mittels Fließ pressen wird dieser Grundkörper zu einem topfförmigen Rohling umgeformt, welcher einen kreisringförmigen Planteil und einen sich daran anschließenden rohrförmigen Mantel hat. Im Zuge der mehrstufigen Umformung werden kranzförmig angeordnete innere Verankerungselemente sowie äußere Verankerungselemente ausge formt, um die später im topfförmigen Innenraum des Rohlings aufzunehmende Preßmasse, welche als Isoliermasse dient, zuver lässig mit dem Kommutator zu verankern. In einem weiteren Arbeitsgang wird an das freie Ende des Mantels des topfförmig ausgebildeten Rohlings ein radial nach außen abstehender Ringflansch angeformt, und zwar durch Materialverdrängung in axialer Richtung gegen das freie Ende des Mantels hin. In einem weiteren Arbeitsgang werden nunmehr die fahnenförmig ausgebilde ten Anschlußelemente durch Freistanzen aus dem zuvor ausgeformten Ringflansch erhalten. Bei diesem Stanzvorgang werden auch die äußeren Verankerungselemente abgespalten. Durch das Freistanzen der Anschlußelemente aus dem durchgehend zuvor ausgeformten Ringflansch am freien Ende des Mantels des Rohlings fällt Abfallmaterial an, welches ungenutzt bleibt, wobei insbesondere die zurückbleibenden und freigestanzten Anschlußelemente nur einen geringen Bruchteil von der Gesamtringflanschfläche einnehmen, so daß relativ viel Material bei dieser Herstellung verloren geht.

Eine weitere Schwierigkeit ist darin zu sehen, daß bei den verschiedenen Fließpreßbehandlungen und auch bei der Ausbildung des Ringflansches zwangsläufig durch die Umformung eine Material verfestigung bewirkt wird, so daß die gebildeten Anschlußelemente weniger duktil oder biegbar als das Ausgangsrohmaterial sind. Nach der Fertigstellung des Kommutators werden aber Anschluß drähte um diese Anschlußelemente gewickelt und dann werden die Anschlußelemente auf die Außenseite des zylindrischen Mantels zurückgebogen. Infolge der Materialversprödung sind daher bei der üblichen Herstellungsweise Anrisse aufgetreten und diese sind generell zu befürchten. Auch umfaßt das bekannte Herstellungsver fahren eine Vielzahl von einzelnen Verformungsschritten, worunter die wirtschaftliche Herstellungsweise derartiger Kommutatoren leidet.

Aus US-PS 3 812 576, deren Nachteile und Schwierigkeiten mit der vorstehend abgehandelten DE 41 40 475 C2 überwunden werden sollen, ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kommutators für elektrische Maschinen bekannt, bei dem ausgehend von einem scheibenförmigen, leitenden Rohmaterial ein zylindrisches Teil hergestellt wird, welches ein offenes Ende mit einem radial nach außen vorstehenden, durchgehenden Ringflansch und einen Boden hat. Durch Pressen werden ausgenommene Teile von dem Inneren des zylindrischen Abschnitts des zylindrischen Teils ausgeformt, welche beim späteren Einfüllen des Isolierstoffs verhindern, daß dieser am Ringflansch oder an der äußeren Oberfläche des Bodens anhaftet. Anschließend wird der Ringflansch derart mittels Stanzen bearbeitet, daß fahnenförmige Anschlußelemente hiervon stehen bleiben, und die ausgenommenen Abschnitte sowie die freigestanzten Teile des Ringflansches entfernt werden.

Abgesehen von der großen Anzahl einzelner Arbeitsgänge fällt bei dem Freistanzen der fahnenförmigen Anschlußelemente ebenfalls Abfallmaterial an, und durch die einzelnen Umformbearbeitungen besteht die Gefahr, daß an den abschließend durch Freistanzen erhaltenen, einzelnen, fahnenförmigen Anschlußelementen Material verfestigungen oder -versprödungen auftreten.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, unter Überwindung der zuvor geschilderten Schwierigkeiten ein Verfahren zur Herstellung eines Kommutators, insbesondere eines Plankom mutators, der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, welches eine wirtschaftliche und materialsparende Herstellung gestattet, und bei dem insbesondere die Anschlußelemente nach der Ausformung duktil bzw. biegbar sind und bis zur Durchführung des Biegevor ganges biegbar bleiben.

Nach der Erfindung wird hierzu ein Verfahren zur Herstellung eines Kommutators, insbesondere eines Plankommutators, für elektrische Maschinen bereitgestellt, welcher aus einem im wesentlichen unbearbeiteten Rohmaterial aus leitendem Werkstoff unter Bildung von mehreren, gegeneinander isolierten und Isolierstoff umfassenden Segmenten mit zugeordneten, radial von den Segmenten einzeln vorstehenden Anschlußelementen hergestellt wird, wobei sich das Herstellungsverfahren dadurch auszeichnet, daß zuerst aus dem Rohmaterial durch Materialverdrängung die einzelnen Anschlußelemente mit Fertigkontur und -größe sowie mit duktilem Fertigzustand direkt ausgeformt werden.

In Abweichung von den bisherigen Herstellungsweisen für Kom mutatoren werden somit beim erfindungsgemäßen Verfahren ausgehend von dem Rohmaterial zuerst durch Umformen die einzelnen An schlußelemente durch Materialverdrängung ausgebildet. Wesentlich hierbei ist, daß diese Anschlußelemente bei diesem Umformvorgang ihre Fertigkontur und -größe haben und in einem duktilen Fertigzustand vorliegen, welcher bis zur abschließenden Biege bearbeitung erhalten bleibt. Durch diese direkte Ausformung der einzelnen Anschlußelemente an dem Rohmaterialgrundkörper werden somit nachträgliche Bearbeitungsvorgänge, wie Freistanzen und dergleichen, vermieden, da die so gebildeten Anschlußelemente bereits ihre Fertigkontur und -größe haben. Somit fällt beim erfindungsgemäßen Verfahren auch kein Abfallmaterial an, da kein durchgehender Ringflansch ausgebildet wird, sondern lediglich die einzelnen fahnenförmigen Anschlußelemente, welche in radialer Richtung am Außenrand des Rohmaterialgrundkörpers vorstehen. Insbesondere kann auf diese Weise auch erreicht werden, daß die Anschlußelemente duktil bzw. biegbar sind, da sie vor den weiteren anschließenden Umformvorgängen ausgeformt wurden und keiner Verformung mehr ausgesetzt werden, welche zu einer Materialverfestigung oder -versprödung führen könnte. Auf diese Weise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Kommutator wirtschaftlich und materialsparend hergestellt.

Gemäß einer bevorzugten Verfahrensweise wird das Rohmaterial vor der Umformung zur Ausbildung der Anschlußelemente in Abhängigkeit von dem gewählten Ausgangsmaterial oder Rohmaterial derart erwärmt, daß sich eine nennenswerte Umform-Materialverfestigung bei der Ausbildung der Anschlußelemente vermeiden läßt. Hierdurch läßt sich die Duktilität der ausgeformten Anschlußelemente verbessern und die Duktilität derselben hängt im wesentlichen von den Eigenschaften des Rohmaterials ab.

Gemäß einer speziell bevorzugten Herstellungsweise nach der Erfindung erfolgt die Ausformung der Anschlußelemente in dem so erwärmten Zustand des Rohmaterials, wobei man eine derartige Behandlung als Halbwarmpressen bezeichnet, so daß das Rohmaterial unmittelbar nach der Erwärmung zur Presse übergeben wird und im noch warmen Zustand die Ausformung der Anschlußelemente erfolgt. Die Materialumformung kann gegebenenfalls durch Schmieden und/oder bei Schmiedetemperatur erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Ausformung der Anschlußelemente im Halbwarm- oder Warmbe reich.

Als zweckmäßig für die Erwärmung des Rohmaterials hat sich eine Temperatur von etwa 150°C und höher erwiesen, was natürlich von dem eingesetzten Rohmaterial abhängig ist. Insbesondere bei Kupfer und dessen Legierungen sind die hierbei auftretenden Temperaturen großen Schwankungen unterworfen und es lassen sich keine absoluten Temperaturwerte hierfür angeben. Zweckmäßigerwei se erfolgt die Erwärmung des Rohmaterials auf eine Temperatur in einem Bereich von etwa 300 bis etwa 700°C.

Eine alternative Herstellungsweise zur Ausbildung der einzelnen Anschlußelemente mit Fertigkontur und -größe sowie mit duktilem Fertigzustand zeichnet sich dadurch aus, daß das Rohmaterial vor der Umformung zur Ausbildung der Anschlußelemente geglüht wird, die Anschlußelemente durch Kaltumformung ausgebildet werden und anschließend nochmals eine Glühbehandlung erfolgt. Auf diese Weise kann beispielsweise auch vermieden werden, daß die Anschlußelemente nach der Ausformung durch bei der Ausformung bewirkte Materialverfestigung und -versprödung weniger duktil werden. Allerdings ist eine solche Herstellungsweise zeitauf wendig, da nach den Glühbehandlungen jeweils Abkühlzeiten verstreichen müssen.

Ausgehend von diesem Zustand, daß das Rohmaterial zuerst zur Ausbildung der einzelnen Anschlußelemente gemäß der voranstehen den Beschreibung umgeformt worden ist, erfolgt dann eine Kaltumformung, bei der ein topfförmiger Rohling mit einem im wesentlichen zylindrischen Mantel und einem im wesentlichen planen Boden ausgeformt wird. Für diesen Bereich des Kommutators ist eine Materialverfestigung aus verschleißgründen erwünscht, welche man in gezielter Weise insbesondere im planen Bodenbereich des topfförmig ausgebildeten Rohlings durch die Kaltumformbe handlung erhält.

Auch werden durch Kaltumformung kranzförmig angeordnete, auf der Innenfläche des Bodens im wesentlichen axial verlaufende, innere Verankerungselemente für die Isolierstoffüllung ausgeformt. Zweckmäßigerweise werden der Segmentteilung zugeordnete Aus nehmungen, ausgehend vom freien Rand des Mantels, durch Material verdrängung durch Kaltumformen ausgebildet. Diese Ausnehmungen reichen bis nahe zur Innenfläche des Bodens des topfförmigen Rohlings. Vorzugsweise kann die lichte Weite der Ausnehmung, ausgehend vom freien Rand des Mantels, in Richtung des Bodens kleiner werden, und insbesondere sind die durch Materialver drängung ausgebildeten Ausnehmungen V-förmig. Der "Spitzenbe reich" der jeweiligen V-förmigen Ausnehmung wird vorzugsweise von einem kurzen Geradenabschnitt gebildet. Die Anzahl dieser Ausnehmungen entspricht der Anzahl von Segmenten des Kommutators und sie sind den jeweiligen Teilungen zugeordnet. Da diese Ausnehmungen bis nahe zur Innenfläche des Boden des topfförmigen Rohlings reichen, kommt man bei der anschließenden Schneid bearbeitung zur Abteilung der einzelnen Segmente von der planen Außenfläche des Bodens her mit möglichst geringen Schnittiefen aus, so daß einerseits das eingefüllte Isolierstoffmaterial nicht tief eingeschnitten werden muß, und andererseits sich die Schneidbearbeitung schnell und einfach durchführen läßt.

Auf der Innenfläche des Bodens können schmale, radial verlaufende Vertiefungen ausgeformt werden, welche von dem "Spitzenbereich" der jeweiligen Ausnehmungen ausgehen und sich zum Mittelpunkt des Bodenbereichs erstrecken. Hierbei läßt sich die Schnittiefe noch weiter reduzieren und ist sogar geringer als die Grundmaterial dicke des Bodens. Ferner bewirken die Vertiefungen eine zuver lässige Führung bei der Schneid- und Sägebearbeitung zur Unter teilung und Trennung der Segmente des Kommutators.

Gemäß einer bevorzugten Herstellungsweise eines Kommutators nach der Erfindung werden die Kaltumformungen zur Ausbildung des topfförmigen Rohlings, zur Ausbildung der kranzförmig angeord neten inneren Verankerungselemente und der durch Materialver drängung gebildeten Ausnehmungen sowie gegebenenfalls zur Ausbildung der radialen Vertiefungen in einem Arbeitsschritt ausgeführt. Hierdurch wird eine insbesondere wirtschaftliche Herstellungsweise eines derartigen Kommutators erreicht, da man sehr kurze Bearbeitungszeiten für die Kaltumformung beim Herstellungsverfahren nach der Erfindung hat.

Ferner werden beim erfindungsgemäßen Verfahren von dem Mantel radial nach innen weisende, äußere Verankerungselemente für die Isolierstoffüllung durch Kaltumformen ausgebildet.

Falls man von einem ungelochten Rohmaterial aus leitendem Werkstoff bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Kommutators ausgeht, wird für die Rotorwelle der elektrischen Maschine im Boden des topfförmigen Rohlings eine zentrale Öffnung ausge stanzt. Wenn man von einem gelochten Rohmaterial oder von einem Stangenmaterial mit rohrförmigem Querschnitt und großer Wanddicke ausgeht, kann natürlich dieser Bearbeitungsschritt entfallen.

Ferner werden die inneren Verankerungselemente geringfügig radial nach außen gebogen, um die Verankerungswirkung mit dem später eingefüllten Isolierstoff und der Isolierstoffüllung zu verbes sern.

Gemäß einer bevorzugten Auslegungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens erfolgen die Bearbeitungen zur Ausbildung der radial nach innen weisenden äußeren Verankerungselemente, zur Ausstanzung der zentralen Öffnung im Boden des topfförmigen Rohlings und das Biegen der inneren Verankerungselemente radial nach außen in einem Arbeitsschritt. Hierdurch lassen sich die Herstellungszeiten für einen derartigen Kommutator wesentlich verkürzen, da man insgesamt gesehen bei dem Verfahren nach der Erfindung somit beispielsweise im wesentlichen nur drei Um formungsschritte ausgehend vom Rohmaterial bis zum fertiggestell ten Kommutator ohne Isolierstoffüllung und Nachbehandlung bzw. Nachbearbeitung benötigt.

Alle weiteren Bearbeitungen und Behandlungen, wie Einbringen der Isolierstoffüllung, gegebenenfalls Verzinnen des Grundkörpers und Durchtrennen der Segmente durch Einschneiden längs den Segment teilungen sowie Anbringen von Leitungsdrähten an den Anschluß elementen und Umbiegen derselben können dann auf übliche Weise durchgeführt werden. Der Umbiegevorgang für die Anschlußelemente wird Dank der erfindungsgemäßen Herstellungsweise wesentlich vereinfacht und Rißbildungen durch Materialversprödung lassen sich vermeiden, da die Anschlußelemente im duktilen Zustand ohne Materialverfestigung durch die Umformvorgänge vorliegen. Ferner ist ein ungestörter Faserverlauf durch den Umformvorgang vor handen, so daß der Kommutator hohen dynamischen Beanspruchungen standhalten kann, die insbesondere bei Kraftfahrzeugen auftreten.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist für die Her stellung von Kommutatoren der unterschiedlichen Bauformen und Bautypen geeignet, und die Erfindung ist nicht auf die Her stellung von Plankommutatoren beschränkt. Wesentlich bei der Herstellung aller dieser Bau formen von Kommutatoren ist aber die Tatsache, daß die Anschlußelemente einerseits derart ausgeformt werden, daß kein Materialabfall anfällt, und daß andererseits diese Anschlußelemente mit Fertigkontur und -größe sowie mit duktilem Fertigzustand gleich zu Beginn der Herstellungsweise durch Materialverdrängung ausgeformt werden. Diese Materialver drängung erfolgt, gesehen von dem Rohmaterial-Grundkörper für die Ausbildung der Anschlußelemente in Richtung nach außen. In Abhängigkeit von der Auslegung des Kommutators können natürlich die Verankerungselemente für die Isolierstoffüllung in ent sprechend geänderter Weise ausgeformt werden, ohne daß der Schutzgedanke nach der Erfindung verlassen wird, gemäß welchem die Ausformung der Anschlußelemente unmittelbar aus dem Rohmate rial durch Materialverdrängung zur Fertigkontur und -größe sowie mit duktilem Fertigzustand erfolgt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, welche aber keinerlei Beschränkung darstellt. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Rohmaterial-Grund körpers,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht im Zustand mit den durch Umformung und Materialverdrängung erhaltenen, einzel nen Anschlußelementen,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht zur Verdeutlichung eines topfförmigen Rohlings mit inneren Verankerungselemen ten, und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines topfförmigen Rohlings, bei welchem eine zentrale Öffnung vorgesehen ist und äußere Verankerungselemente zusätzlich ausge bildet sind.

Lediglich an einem Betspiel wird das erfindungsgemäßen Verfahren im Zusammenhang mit der Herstellung eines Grundkörpers für einen Plankommutator erläutert. In gleicher oder ähnlicher Weise können selbstverständlich auch Kommutatoren anderer Bauformen herge stellt und ausgeformt werden.

In Fig. 1 ist ein Beispiel eines im wesentlichen unbearbeiteten Rohmaterials 1 gezeigt. Dieses Rohmaterial 1 ist beispielhaft als flache, massive Scheibe dargestellt, welche von einem Rund stangenmaterial abgeschert und umgeformt ist. Gegebenenfalls kann in Abweichungen zur Fig. 1 ein nicht näher dargestelltes Rohmaterial als Ausgangsmaterial genommen werden, welches zum Beispiel als eine Ringscheibe ausgebildet ist und bereits eine vorgefertigte zentrale Öffnung 14′ hat, wie dies in Fig. 1 mit gebrochener Linie angedeutet ist. Der Grundkörper des Rohmateri als 1 kann alternativ durch Ausstanzen aus einem Bandmaterial mit oder ohne Bohrung erhalten werden. Wenn man als Ausgangsmaterial ein dickwandiges Rohr-Stangenmaterial nimmt, kann als Rohmaterial 1 die Scheibe in Form einer Ronde vorliegen. Alle diese Ausgangs materialien sind als Rohmaterial 1 beim erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar und es wird lediglich beispielhaft von einem Vollmaterial in Form einer Scheibe zur nachstehenden Erläuterung ausgegangen. Gegebenenfalls kann aus einer derartigen Voll material-Scheibe auch eine Ronde dadurch erhalten werden, daß man eine zentrale Öffnung als eine Art Vorbearbeitungsschritt ausstanzt (nicht dargestellt).

Ausgehend von dem Rohmaterial 1 nach Fig. 1 werden dann zuerst durch Umformen einzelne Anschlußelemente 2 ausgeformt, welche beispielsweise fahnenförmig nach Fig. 2 ausgebildet sind. Diese Anschlußelemente 2 ragen radial über den Umfangsrand des Rohmate rials 1 nach Fig. 1 als einzelne Anschlußelemente 2 vor und diese werden derart ausgeformt, daß sie, wie in Fig. 2 darge stellt ist, ihre Fertigkontur und -größe haben. Auch haben diese Anschlußelemente 2 ihren duktilen Fertigzustand. Speziell nach einer bevorzugten Herstellungsweise wird das Rohmaterial 1 vor der Ausbildung der Anschlußelemente 2 in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften derart erwärmt, daß sich eine nennenswerte Umform-Materialverfestigung vermeiden läßt. In diesem erwärmten Zustand werden dann die Anschlußelemente 2 mit dem Fertig- und Endzustand vorzugsweise ausgeformt. Eine solche Ausformung kann beispielsweise als Halbwarmpressen bezeichnet werden. Natürlich ist auch eine Ausformung im Normbereich möglich. Bei der Ausformung der Anschlußelemente 2 wird das Material des Rohmate rials 1 in Richtung nach außen vorzugsweise in noch warmem Zustand verdrängt, und die entsprechenden Formwerkzeuge, welche hierfür eingesetzt werden, haben zugeordnete Räume, welche die Fertigkontur und -größe der Anschlußelemente 2 vorgeben und begrenzen.

Da die hierfür erforderlichen Temperaturen von den Eigenschaften des eingesetzten leitenden Werkstoffs für das Rohmaterial 1, insbesondere beispielsweise von Kupferlegierungen, abhängen, können nur bevorzugte Bereiche angegeben werden. Hierbei hat sich gezeigt, daß eine Erwärmung auf eine Temperatur von etwa 150°C zweckmäßig ist. Diese Temperatur kann natürlich auch höher sein. In bevorzugter Weise hat sich ein Temperaturbereich von etwa 300 bis etwa 700°C ergeben.

Alternativ zum Halbwarmpressen kommt auch eine Kaltausformung der Anschlußelemente 2 in Betracht. Hierbei kann dann beispielsweise das Rohmaterial 1 geglüht werden, und nach dem Abkühlen werden dann die Anschlußelemente 2 gemäß Fig. 2 mit Fertigkontur und -größe ausgeformt. Um die gewünschte Duktilität der Anschluß elemente 2 zu erreichen, können diese einzeln oder der gesamte in Fig. 2 gezeigte Grundkörper nochmals geglüht werden.

In Fig. 3 ist ein Kommutator-Rohling 3 gezeigt, welchen man durch Kaltumformen ausgehend von dem Körper nach Fig. 2 erhält. Dieser Rohling 3 ist topfförmig ausgebildet und hat einen im wesentlichen zylindrischen Mantel 4 und einen im wesentlichen planen Boden 5. Gleichzeitig bei der Ausformung des topfförmigen Rohlings 3 werden innere Verankerungselemente 6 ausgebildet, welche kranzförmig auf einer Innenfläche 7 des Bodens 5 des topfförmigen Rohlings 3 angeordnet sind. Wie gezeigt, verlaufen diese inneren Verankerungselemente 6 im wesentlichen axial bezogen auf den Rohling 3 und stehen zackenförmig von der Innenfläche 7 des Bodens 5 in beabstandeter Weise vor.

Wie dargestellt erfolgt der Umformvorgang ausgehend von Fig. 2 zu dem topfförmigen Rohling 3 nach Fig. 3 vorzugsweise in einem einzigen Umform-Arbeitsschritt. Natürlich können die Umformvor gänge gegebenenfalls auch einzeln hintereinander durchgeführt werden.

Gegebenenfalls kann zugleich mit der Umformbehandlung ausgehend von Fig. 2 nach Fig. 3 eine Anzahl von Ausnehmungen 9 durch Materialverdrängung ausgebildet werden. Die Anzahl der Aus nehmungen 9 entspricht der Anzahl der Segmentteilung und bei der dargestellten Ausführungsform sind acht derartige Ausnehmungen 9 vorhanden. Gemäß der dargestellten bevorzugten Ausführungsform geht jede Ausnehmung 9 von einem freien Rand 10 des zylindrischen Mantels 4 aus und reicht bis nahe zum Boden 5 des topfförmigen Rohlings 3. Vorzugsweise nimmt die lichte Weite jeder Ausnehmung 9 ausgehend vom freien Rand 10 zum Boden 5 ab. Die Ausnehmungen 9 sind daher V-förmig ausgebildet und weisen im Scheitelbereich zweckmäßigerweise einen Geradenabschnitt auf. Ausgehend von dem Scheitelbereich jeder V-förmigen Ausnehmung 9 können schmale, stegförmig ausgebildete und radial verlaufende Vertiefungen 16 ausgeformt werden, welche der Segmentteilung zugeordnet sind und sich in Richtung des Mittelpunkts des Bodens 5 auf dessen Innenfläche 7 erstrecken. Der Vorteil dieser Ausnehmungen 9 und gegebenenfalls der Vertiefungen 16 wird später noch erläutert werden. Auch die Ausformung der Ausnehmungen 9 sowie gegebenen falls der schmalen, radial verlaufenden Vertiefungen 16 kann mit allen anderen Umformvorgängen in einem Arbeitsschritt ausgeführt werden, so daß man ausgehend von dem in Fig. 2 dargestellten Körper in einem Arbeitsschritt den in Fig. 3 dargestellten topfförmig ausgebildeten Rohling 3 für den Kommutator erhält.

In einem nächsten Schritt erfolgt dann ein weiterer Umformvorgang zu einem in Fig. 4 gezeigten Grundkörper 12, bei welchem es sich um ein Zwischenprodukt aus einem leitfähigen Werkstoff bei der Kommutatorherstellung handelt. Dieser Grundkörper 12 hat durch Kaltumformung erhaltene äußere Verankerungselemente 13, welche in der Nähe des freien Randes 10 des Mantels 4 radial zackenför mig nach innen weisend ausgebildet sind. Zugleich kann dann, wenn von einer Vollmaterial-Scheibe gemäß dem Rohmaterial 1 nach Fig. 1 ausgegangen wird, eine zentrale Öffnung 14 im Boden 5 des topfförmigen Rohlings 3 ausgestanzt werden. Diese zentrale Öffnung 14 liegt im Boden 5 radial innerhalb der kranzförmigen Anordnung von inneren Verankerungselementen 6. Vorzugsweise werden bei diesem Behandlungsschritt auch die inneren Ver ankerungselemente 6 geringfügig radial nach außen gebogen, um deren Verankerungswirkung zu verbessern.

Obgleich bei dem erfindungsgemäßen Beispiel ausgehend von dem in Fig. 3 gezeigten Körper in einem Arbeitsschritt der Grundkörper 12 als Zwischenprodukt bei der Kommutatorherstellung um- und ausgeformt wird, können natürlich die Bearbeitungen auch einzeln hintereinander vorgenommen werden. Wenn man von einem Rohmaterial (nicht dargestellt) ausgeht, welches bereits eine zentrale Öffnung 14′ besitzt, so kann natürlich der Ausstanzvorgang nach Fig. 4 entfallen. Die dort gezeigte zentrale Öffnung 14 ist dann bereits schon vorhanden, welche für die Aufnahme einer Rotorwelle einer nicht näher dargestellten elektrischen Maschine bestimmt ist.

Ausgehend von diesem Grundkörper 12 nach Fig. 4 aus leitendem Werkstoff, welcher ausschließlich durch Materialumformung erhalten worden ist, kann dann der Kommutator dadurch vollends fertiggestellt werden, daß man in den Innenraum des topfförmigen Rohlings 3 Isolierstoff einfüllt und verpreßt, welcher mit Hilfe der inneren Verankerungselemente 6 und der äußeren Verankerungs elemente 13 am Grundkörper 12 zuverlässig verankert ist. Falls erforderlich kann noch eine Verzinnung vorgenommen werden.

Ausgehend von der planen, durchgehenden Außenfläche 15 des Bodens 5 werden dann zur Durchtrennung und Unterteilung der Segmente am Kommutator Schnitte eingebracht, wobei nur eine Schnittiefe in etwa der Materialdicke des Bodens 5 erforderlich ist, da zur Trennung der Segmente bereits die Ausnehmungen 9 an den Segment teilungslinien am zylindrischen Mantel 4 ausgeformt worden sind. Hierdurch vereinfacht sich die nachträgliche Schneidbearbeitung in nennenswerter Weise. Wenn zusätzlich die schmalen, radial ver laufenden Vertiefungen 16 ausgeformt sind, läßt sich die Schnitt tiefe noch weiter reduzieren, so daß sie sogar noch kleiner als die Materialgrunddicke des Bodens 5 ist. Zusätzlich kann eine Führung bei der Schneidbearbeitung zur Segmentteilung und -trennung erreicht werden.

Ein solcher nicht näher dargestellter Kommutator wird dann mit elektrischen Leitungen an den vorzugsweise fahnenförmig ausgebil deten Anschlußelementen 2 versehen, welche beispielsweise um die Anschlußelemente in einer oder mehreren Windungen gewickelt werden. Dann werden die Anschlußelemente 2 in Richtung auf die Außen fläche des zylindrischen Mantels 4 zurückgebogen. Dieser Biege vorgang läßt sich einfach und rißfrei vornehmen, da die Anschluß elemente 2 dank der erfindungsgemäßen Herstellungsweise in einem duktilen bzw. biegbaren Zustand mit ungestörtem Faserverlauf vorliegen. Ein so fertiggestellter Kommutator wird dann bei spielsweise in eine elektrische Maschine eingebaut.

Da diese weiteren Bearbeitungsschritte, wie Einbringen der Isolierstoffüllung, Einschneiden der Segmente, Anbringen der Leitungsdrähte und Umbiegen der Anschlußelemente 2, auf diesem Gebiet an sich üblich sind, werden diese nur erläutert und nicht näher dargestellt. Ferner sind sie nicht Gegenstand des erfin dungsgemäßen Herstellungsverfahrens.

Obgleich voranstehend die Herstellung eines als Zwischenprodukt dienenden Grundkörpers 12 für einen Kommutator, speziell für einen Plankommutator, erläutert worden ist, kann der nach der Erfindung insbesondere wesentliche Schritt natürlich auch bei andersartig ausgestalteten Kommutatoren in verfahrenstechnischer Hinsicht verwirklicht werden, gemäß dem zuerst aus dem Rohmateri al 1 Anschlußelemente 2 durch Materialverdrängung ausgeformt werden, welche bereits nach der Ausformung ihre fertige Kontur und Größe haben, sowie insbesondere im duktilen Fertigzustand vorliegen. Alle weiteren Umformbearbeitungen können in Ab hängigkeit von der jeweils gewünschten Gestalt und Größe des herzustellenden Kommutators in abgestimmter Weise gewählt werden. Ferner ist es wesentlich, daß der mit Isolierstoff zu befüllende Grundkörper 12 ausschließlich durch Umformbearbeitungen aus einem Rohmaterial aus leitendem Werkstoff hergestellt wird, und daß alle diese Umformbearbeitungen sich mit einer möglichst geringen Anzahl von Arbeitsschritten durchführen lassen, wobei in gezielter Weise, abgesehen von den Anschlußelementen 2, die bei der Kaltumformung bewirkte Materialverfestigung zur Steigerung der Festigkeit des Grundkörpers 12 genutzt wird. Bei einem Plankommutator sollte nämlich insbesondere die Außenfläche 15 des Bodens 5 widerstandsfähig sein, da auf dieser beispielsweise die Bürsten einer elektrischen Maschine laufen.

Insbesondere lassen sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Anschlußelemente 2 auf materialsparende Weise ausformen, da sie in Fertigkontur und -größe unmittelbar ausgeformt werden, ohne daß man einen Ringflansch am freien Rand 10 des zylindrischen Mantels 4 des topfförmigen Rohlings 3 benötigt. Durch diese Materialreduzierung aufgrund des Vermeidens von Abfallmaterial bei der Herstellung der Anschlußelemente 2 lassen sich auch die einzusetzenden Materialgrundkosten für die Herstellung eines derartigen Kommutators reduzieren, um die Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen Herstellungsweise insgesamt zu steigern.

Bezugszeichenliste

1 Rohmaterial
2 Anschlußelemente
3 Rohling nach Fig. 3
4 Mantel
5 Planer Boden
6 Innere Verankerungselemente
7 Innenfläche des Bodens
9 Ausnehmung
10 Freier Rand des Mantels
12 Grundkörper nach Fig. 4
13 Äußere Verankerungselemente
14 Zentrale Öffnung
14′ Zentrale vorgefertigte Öffnung in Fig. 1
15 Außenfläche des Bodens 5
16 Schmale Vertiefungen

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Kommutators, insbesondere Plankommutators, für elektrische Maschinen, welcher aus einem im wesentlichen unbearbeiteten Rohmaterial aus leitendem Werkstoff unter Bildung von mehreren, gegenein ander isolierten und Isolierstoff umfassenden Segmenten mit zugeordneten, radial von den Segmenten einzeln vorstehenden Anschlußelementen hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst aus dem Rohmaterial (1) durch Materialverdrängung die einzelnen Anschlußelemente (2) mit Fertigkontur und -größe sowie mit duktilem Fertigzustand direkt ausgeformt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Umformung zur Ausbildung der Anschlußelemente (2) das Rohmaterial (1) materialabhängig zur Vermeidung einer nennenswerten Umform-Materialverfestigung erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelemente (2) im erwärmten Zustand des Rohmaterials (1) ausgeformt werden (Halbwarmpressen).

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohmaterial (1) auf eine Temperatur von etwa 150°C und höher erwärmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohmaterial (1) auf eine Temperatur in einem Bereich von etwa 300 bis etwa 700°C erwärmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohmaterial (1) vor der Umformung zur Ausbildung der Anschlußelemente (2) geglüht wird, die Anschlußelemente (2) durch Kaltumformung ausgebildet und anschließend nochmals geglüht werden.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Ausbildung der einzelnen Anschlußelemente (2) durch Kaltumformen ein topfförmiger Rohling (3) mit einem im wesentlichen zylindrischen Mantel (4) und einem im wesentlichen planen Boden (5) ausgeformt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß kranzförmig angeordnete, auf der Innenfläche (7) des Bodens (5) im wesentlichen axial verlaufende, innere Verankerungs elemente (6) für die Isolierstoffüllung durch Kaltumformen ausgeformt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Segmentteilung zugeordnete Ausnehmungen (9), ausge hend vom freien Rand (10) des Mantels (4), durch Materialver drängung durch Kaltumformen ausgebildet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (9) bis nahe zur Innenfläche (7) des Bodens (5) des topfförmigen Rohlings (3) reichen.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite jeder Ausnehmung (9), ausgehend vom freien Rand (10) des Mantels (4), in Richtung des Bodens (5) kleiner wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausnehmung (9) annähernd V-förmig ausgebildet ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenfläche (7) des Bodens (5) der Segmentteilung zugeordnete, schmale Vertiefungen (16) ausgeformt werden, welche radial in Richtung des Mittel punkts des Bodens (5) verlaufen.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltumformungen in einem Arbeits schritt durchgeführt werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Mantel (4) radial nach innen weisende, äußere Verankerungselemente (13) für die Isolier stoffüllung durch Kaltumformen ausgebildet werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß für die Rotorwelle der elektrischen Maschinen im Boden (5) des topfförmigen Rohlings (3) eine zentrale Öffnung (14) ausgestanzt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Verankerungselemente (6) geringfügig radial nach außen gebogen werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungen in einem Arbeits schritt durchgeführt werden.