DE2511102A1

DE2511102A1 - Verfahren zur herstellung des ankers von dynamoelektrischen maschinen

Info

Publication number: DE2511102A1
Application number: DE19752511102
Authority: DE
Inventors: Lloyd E Getchell; Donald L Gramlich; David Jorgensen; Warren C Kellogg
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1974-03-15
Filing date: 1975-03-13
Publication date: 1975-09-18
Also published as: CA1045358A; GB1446162A; AU7885475A; DE2511102C2; ES435647A1; JPS50127103A

Description

Verfahren zur Herstellung des Ankers von dynamoelektrischen

Maschinen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des Inkers von dynamoelektrischen Maschinen, wie insbesondere des Anlaßmotors oder der Wechselstrommaschine von Kraftfahrzeugen, bei· dem die einzelnen Segmente des am einen Ende der Ankerwelle sitzenden Kommutators einen geschlitzten Eadialfortsatz zur elektrisch leitenden und mechanischen Verbindung mit den Enden zweier jeweils zugehöriger elektrischer leiter haben, die elektrisch isoliert durch das Blechpaket des Ankers hindurchgeführt sind.

509838/0318

Bei den dynamo elektrischen Maschinen der vorliegend interessierenden Art, die "beispielsweise vorbeschrieben sind in den US-PS'en 3 026 432 und 3 028 514, entspricht es bis jetzt der Regel, die Leiterenden mit dem jeweils zugehörigen Radialfortsatz der einzelnen Kommutatorsegmente durch einen Lötvorgang zu verbinden. Dabei wird hinsichtlich der Anbringung des Lotes heute regelmässig so vorgegangen, daß der dabei um seine Achse gedrehte Anker in ein flüssiges Bad des Lotes bis zu einer liefe eingetaucht wird, die im wesentlichen der radialen Höhe des Fortsatzes der einzelnen Kommutatorsegmente entspricht, so daß deren restliche Bereiche nicht mit dem Bad in Berührung kommen.Obwohl eine solche Lötverbindung zwischen den Leiterenden und den Kommutatorsegmenten im Umfang der elektrischen Leitfähigkeit und der mechanischen Festigkeit weitreichend günstig ist, besteht dabei die Gefahr, daß der Bleianteil des Lotes, und der meistens vorhandene Kupferanteil des Kommutators oder der Leiter eine Galvanikbrücke bilden, die leicht zu Korrosionserscheinungen führt. Eine Korrosion kann auch leicht an den Stellen auftreten, wo das Lötflussmittel in Hohlräumen der Lötverbindung eingefangen ist, wobei gilt, daß solche Korrosionen die elektrische Leitfähigkeit und mechanische Festigkeit ziemlich nachteilig beeinflussen können. Für solche Lötverbindungen gilt außerdem, daß sie nicht besonders temperaturbeständig bzw. warmfest sind, was heute besonders unter dem Gesichtspunkt recht kritisch ist, daß die Temperaturen, bei welchen solche Lötverbindungen zu schmelzen beginnen, leicht unter der Motorhaube eines Kraftfahrzeuges in der Absicht auftreten können, darüber in Verbindung mit anderen Maßnahmen den Ausstoss schädlicher Auspuffemissionen zu verringern. Dieser möglichen Gefahr eines Aufschmelzens wurde bis jetzt regelmässig nicht besonders begegnet, um die Vorteile der beispielsweise in den

— 3 —

509338/0318

US-PS'en 3 4-23 819 und 3 468 020 angesprochenen einfachen Fertigungsmöglichkeiten solcher Kommutatoren voll auszunutzen. Für diese "besonderen Herstellungsverfahren gilt allerdings, daß dabei eine "besondere Kupferart verwendet werden muß, die als Handelsware in der letzten Zeit ziemlich teuer geworden ist, wodurch eine entsprechende Beeinträchtigung der Kostenrentäbilität auftritt.

Zu dem vorerwähnten aufschmelzen der Lötverbindung kommt es im übrigen auch dort sehr häufig, wo eine solche dynamoelektrische Maschine als Anlaßmotor für die Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges eingesetzt wird. In diesem Fall liegt dann an den Bürsten und der Feldwicklung der dynamoelektrischen Maschine die normale Batteriespannung, die bei der Betätigung des Anlaßmotors einen durch die Ankerwicklung fliessenden Strom in der Grössenordnung von mehreren hundert Amperes erzeugt. Weil nun die einzelnen Lötverbindungen zwischen der Ankerwicklung und den Kommutator segment en kleine Widerstände bilden, führt dieser Stromfluß automatisch zu einer mehr oder weniger hohen Wärmeentwicklung, die an der Verbindungsstelle der Leiterenden mit dem jeweils zugehörigen Kommutatorsegment zu einem zunächst nur örtlich begrenzten Lösen dieser Verbindung führen können mit der Folge, daß unter dem Einfluß der später wirksamen Zentrifugalkraft des drehenden Ankers ein völliges Lösen der betreffenden Lötverbindung stattfindet und somit dann an dieser Stelle zumindest eine hohe Widerstandsbrücke und meistens eine den Stromfluß unterbrechende Trennsteile auftritt, die dann einen Ersatz des Anlaßmotors erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für den Anker von dynamoelektrischen Maschinen bereitzustellen, bei dem es einerseits möglich ist, die bis-

£09838/0318

herigen Fertigungsverfahren für dessen Kommutator "beizubehalten, und "bei dem andererseits zur Vermeidung der vorgeschriebenen Nachteile nicht mehr auf eine Lötverbindung der einzelnen Leiterenden mit den Kommutatorsegmenten zurückgegriffen werden muß. Es soll also ein Herstellungsverfahren dieser Art zur Verfügung gestellt werden, "bei dem die Leiterenden dauerhafter als "bisher elektrisch leitend und gleichzeitig mechanisch mit den einzelnen Kommutatorsegmenten verbunden werden, wobei sowohl für diese als auch die elektrischen Leiter auch die Verwendbarkeit des gegenüber Kupfer weniger teueren Aluminiums berücksichtigt werden soll oder zumindest eines Kupfers ohne spezielle Eigenschaften. Die zu treffenden Verfahrensmaßnahmen sollten dabei insbesondere ausgerichtet sein auf die Verhältnisse, die in der Umgebung eines Anlaßmotors für die Verbrennungskraftmaschine von Kraftfahrzeugen vorherrschen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die Leiterenden durch ein Ultraschallschweissen mit dem jeweils zugehörigen Radialfortsatz der einzelnen Kommutatorsegmente zu verbinden.

Eine solche Ultraschallschweissung erlaubt bei Verwendung entsprechend dimensionierter Schweißspitzen eine völlige Beibehaltung aller bisher bei der Fertigung des Kommutators geübten Verfahrensschritte, wie beispielsweise vorbeschrieben in der vorerwähnten US-PS 3 468 020. Die geeignet groß bemessene Ultraschallenergie sorgt dann dafür, daß die beiden in den Schlitz des Eadialfortsatzes eines Kommutatorsegments eingelegten Leiterenden innig miteinander und mit dem Schlitzgrund verschweissen, wodurch eine sehr starke elektrische und mechanische Verbindung entsteht, die im Vergleich

S09838/0318

zu den "bekannten Lötverbindungen wesentlich dauerhafter ist. Das Verfahren ist dabei unabhängig von einer bestimmten Materialwahl, so daß also sowohl für die elektrischen Leiter als auch die Kommutatorsegmente das billigere Aluminium oder Kupfer ohne die früher geforderten Sondereigenschaften verwendet werden kann.

Weitere vorteilhafte und zweckmässige Ausbildungen der Erfindungsind in den darauf bezogenen Ansprüchen erfasst. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:

Figur Ί eine Perspektivansicht des £iik.e rs einer dynamoelektrischen Maschine, an welchem die Erfindung verwirklicht ist,

Figur 2 in vergrössertem Maßstab eine Stirnansicht eines einzelnen Kommutatorsegments,in dessen geschlitztem Radialfortsatz die Enden zweier elektrischer Leiter angeordnet sind,

Figur 3 eine weitreichend schematisierte Perspektivdarstellung eines Schweißgerätes zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens bei der Herstellung eines Ankers gemäß Figur 1,

Figur 4- eine noch weiter schematisierte Teilansicht des Schweißgerätes gemäß Figur 3»

Figur 5 einen Querschnitt nach der Linie 5-5 in Figur 4,

Figur 6 eine weitere Teilansicht des Kommutators des Ankers gemäß Figur 1 und

Figur 7 eine der Figur 2 entsprechende Stirnansicht zur Veranschaulichung der Leiterenden nach deren erfolgtem Verschweissen mit dem Eadiaifortsatz eines Kommutatοrsegments.

509838/03 1 8

Der in Figur 1 gezeigte Anker 10 einer dynamoelektrischen Maschine hat eine Welle 12, auf welcher das aus einzelnen Blechen 14 gebildete Blechpaket des Ankers angeordnet ist. Dieses Blechpaket hat eine Vielzahl von Durchstecköffnungen 16 für jeweils einen elektrisch isolierten Leiter 30, deren Enden 30 und 31 paarweise in einem jeweiligen Schlitz 28 des radialen Fortsatzes 26 der einzelnen Segmente 20 des Kommutators 18 angeordnet sind, der am einen Ende der Ankerwelle 12 sitzt. Die Kommutatorsegmente 20 sind auf der Mantelfläche einer aus einem Epoxy-oder Phanolharz "bestehenden Nabe 22 angeordnet und durch Stege 24 voneinander getrennt, die auch zwischen den Fortsätzen 26 bestehen. Der Kommutator 18 hat damit eine Formgebung, die beispielsweise über das in der US-PS 3 468 020 beschriebene Herstellungsverfahren erhalten werden kann. Dabei gilt noch für die beiden Leiterenden 30, 31ί die in dem Schlitz 28a des Radialfortsatzes 26 eines bestimmten Kommutatorsegments 20 angeordnet sind, daß dieselben zwei verschiedenen elektrischen Leitern angehören,die jeweils von der Seite des Kommutators her durch eine erste achsparallele Öffnuig16a des Blechpaketes des Ankers hindurchgeführt sind, dann an der dem Kommutator abgewandten Rückseite 29 desselben umgelenkt und schliesslich durch eine weitere achsparallele öffnung 16b des Blechpakets zurück zum Kommutator geführt sind, um an diesem anderen Ende eine Anordnung in dem Schlitz des Radialfortsatzes eines anderen Kommutatorsegments zu finden. Dabei ist der Winkelabstand zwischen den beiden öffnungen 16a und 16b,durch welche hindurch ein jeweiliger Leiter 30a geführt ist, ebenso von der Gesamtkonstruktion der dynamoelektrischen Maschine, für welche dieser Anker bestimmt ist, abhängig wie der Winkelabstand zwischen den beiden Kommutatorsegmenten, zu deren Radialfortsätζen die beiden Enden dieses Leiters 30a geführt sind. Im dargestellten Aus-

509838/0318

führungsbeispiel ist für die öffnungen 16a und 16b ein Winkelabstand von etwa 75° gezeigt, wobei die eine Öffnung 16a einen Winkelabstand von etwa 40° von dem Kommutatorsegment 20 einhält, in dessen Schlitz 28a das zugehörige Ende des Leiters 3Oy angeordnet ist. Eine entsprechende Führung, haben auch die anderen Leiter, deren Enden in den Schlitzen der einzelnen Kommutatorsegmente radial innen liegen und die gegen diese Leiter, deren Enden in diesen Schlitzen radial außen zur Anordnung kommen, durch einen "besonderen Isolator 33 im Bereich des Zwischenraumes zwischen den Radialfortsätzen 26 des Kommutators 18 und dem Blechpaket des Ankers getrennt sind.

Die elektrisch leitende und mechanische Verbindung der beiden Leiterenden 30, 31 mit dem Radialfortsatz 26 des jeweils zugehörigen Kommutatorsegments 20 wird erfindungsgemäss durch ein Ultraschallschweissen vorgenommen, wofür ein Schweißgerät der in den Figuren 3 bis 6 gezeigten Ausbildung benutzt werden kann. Dieses Schweißgerät hat einen Teil eines Schaltwerks bildenfen zweiteiligen Lagerbock, dessen einer Teil 34 in einer Lagerhülse 36 das dem Kommutator abgewandte Ende der Ankerwelle 12 des Ankers 10 lagert, dessen Wicklung durch ein Ultraschallschweissen mit den einzelnen Kommutatorsegmenten verbunden werden soll. Der andere Teil 38 des Lagerbocks hat eine V-förmige Aussparung, in welcher ein komplementär ausgebildeter Vorsprung 40 des Lagerbockteils 34 angeordnet ist, und außerdem sind an diesem Lagerbockteil noch zwei Stützrollen 42 für den jeweils zu bearbeitenden Anker. 10 angeordnet sowie ein Schrittschaltmotor 44, durch welchen der Anker schrittweise gedreht wird zum Verschweissen jeweils zweier Leiterenden mit dem zugehörigen Kommutatorsegment während jedes Schrittes. An der dem Lagerbock 34, 38 abgewandten Seite des Ankers 10,

509838/0318

also auf der Seite von dessen Kommutator, ist ein Schweiß. schild 46 angeordnet, welches der Aufnähme des Schweißkopfes einer Ultraschall-Schweißeinrichtung 48 dient. Der "besagte Schweißkopf ist am freien Ende eines sogenannten Schweißhornes 50 angeordnet, wobei seine Umfassung mit dem Schweißschild 46 dem Zweck dient, einerseits einen gewissen Arbeitsschutz darzubieten und andererseits zu einer Geräuschdämpfung beizutragen. Dieses Schweißschild 46 kann in nicht näher gezeigter Weise mit einem Luftstrom durchströmt sein, um so die Abfälle und sonstige Verunreinigungen laufend zu entfernen, die sich innerhalb dieses Schweißschildes ansammeln können.

Wie besonders in Figur 4 näher gezeigt ist, ist das vorerwähnte Schweißhorn 50 an einen Elektro/Ultraschall-Energie-Wandler 52 über einen Verstärker 54- mittels zweier Kupplungsglieder 58 angeschlossen und zwar an dem dem Schweißkopf 60 abgewandten Ende. Das Schweißhorn 50 wird in einer in Richtung des Doppelpfeils 69 schwingfähigen Art und Weise abgestützt durch zwei Stützen 62 und 630. die über ein jeweiliges Verbindungsgelenk 64 mit einem festen Auflager 66 bzw. 68 verbunden sind. Damit der Schweißkopf 60 in einer bezüglich des Ankers 10 radialen Richtung nach jedem vollendeten Schweißvorgang von dem Kommutator abgehoben werden kann, was in Figur 3 mit dem Doppelpfeil 70 angedeutet ist, ist der untere Lagerbockteil 38 an einem bei 74 abgestützten Schwenktisch 72 befestigt, der in die Berührungsstellung des Schweißkopfes mit dem Kommutator durch eine Feder 76 od. dgl. vorgespannt ist. Die Vorspannkraft derselben bestimmt also die Kraft, mit welcher bei jedem SchweißVorgang die beiden Leiterenden 30 und 31 unter Aufhebung jeglichen Zwischenraumes 32 in den Schlitz 28 des zugehörigen Kommutatorsegments-Radialfortsatzes 26 gedrückt werden, wobei das hier beschriebene Schweißgerät eine diesbezügliche Andrückkraft zwischen etwa 160 und 450 kg als zweckmässig erscheinen lässt, um günstige Schweißverbindungen zu erhalten. Die Höhe dieser Andrückkraft ist jedoch nicht be-

509838/0318 _ 9 _

_ 9 —

sonders kritisch, jedoch "besteht eine gewisse Beziehung zu der für den Schweißvorgang verbrauchten Schallenergie, die bei einer niedrigeren Andrückkraft höher sein muß und umgekehrt. Andererseits ist die Andrückkraft nach oben begrenzt durch die Materialeigenschaften insbesondere der Leiter, die bei höheren Kräften zu explodieren beginnen können, wenn die Beaufschlagung mit UItraschallenergie stattfindet.

den Antrieb des Schwenktisches 72 ist eine durch einen Motor 78 angetriebene Nockenseheibe 80 vorgesehen, die gegen die Vorspannkraft-der !Feder 76 od. dgl. arbeitet,so daß immer dann, wenn die höchste Nockenerhebung 82 zur Wirkung kommt, der Schwenktisch 72 im Sinne eines Absenkens des Lagerbockteils 38 um sein Schwenklager 74 verschwenkt wird. Sofern der Nocken 80 ständig durch den- Motor 78 angetrieben wird, muß seine Drehzahl und seine Formgebung in entsprechender Veise auf den Schweißvorgang abgestimmt sein, so daß also einerseits in der Berührungsstellung des Schweißkopfes 60 mit dem Kommutator eine zur Vollendung des jeweiligen Schweißvorganges ausreichende Zeit zur Verfügung steht und andererseits in der vom Kommutator abgehobenen Stellung des S hweißkopfes der Anker durch den Motor 44 um einen Schritt weitergedreht werden kann, damit beim nächsten Zusammenbringen des Schweißkopfes mit dem Kommutator der nächste Schweißvorgang zeitgerecht ausgeführt werden kann.Zur intermittierenden Betätigung des Schrittschaltmotors 44 ist im Schwenkweg des Schwenktisches 72 ein Endschalter 84 angeordnet, der zusammen mit dem Motor 78, einem Ein-Aus-Schalter 88 und einem rückstellbaren Zähler 90 in einem gemeinsamen Stromkreis 86 liegt. Der Zähler 90 ist zu dem Zweck vorgesehen, immer dann den Schalter 88 zu betätigen, wenn der Schrittschaltmotor 44 eine durch die Anzahl von Kommutatorsegmenten festgelegte Anzahl von Betätigungen erfahren hat, so daß dann das Bedienungs-

- 10 S09838/0318

- ίο -

personal des Schweißgerätes den dann fertigen Anker aus dem Gerät herausnehmen kann.

Gemäß der in Figur 5 gezeigten Stirnansicht ist der Schweißkopf 60 zweckmässig mit mehreren Schweißspitzen 92a bis 92f ausgerüstet, die radial über den Umfang eines zylindrischen Grundkörpers vorstehen, der mittels einer Schraube 94- an dem üchweißhorn 50 befestigt ist. Diese Ausrüstung des Schweißkopfes 60 mit mehreren solcher Schweißspitzen hat den Vorteil, daß sofort eine nächste Schweißspitze 92f oder 92d eingesetzt werden kann, sollte die augenblicklich benutzte Schweißspitze 92e zu stark verschleisst sein. Diese verschleisste Schweißspitze 92e kann dann zu einem späteren Zeitpunkt durch eine neuere Schweißspitze ersetzt werden, ohne daß es bei diesem Ersatz zu eines? grösseren Stillstandzeit des Gerätes kommt. Hierbei kann zweckmässig eine solche Konstruktion für den Schweißkopf 60 in Betracht kommen, da dieser automatisch nach einer festgelegten Zeitdauer oder in Abhängigkeit von einer sonstigen, den Verbrauch der Schweißspitzen berücksichtigenden Einflußgrösse weitergedreht wird, um dann jeweils eine neue Schweißspitze für den nachfolgenden Zeitraum zur Wirkung zu bringen.

Wie weiter oben bereits vermerkt, erlaubt das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Beibehaltung der herkömmlichen Fertigungsverfahren für den Kommutator, wie beispielsweise vorbeschrieben in der US-PS 3 468 020. Wird dieses Verfahren angewandt, dann wird das Verschweißen der Leiterenden der Ankerwicklung mit den einzelnen Kommutatorsegmenten zweckmässig in dem Zustand vorgenommen, in welchem die einzelnen Kommutatorsegmente noch untereinander verbunden sind, und zwar über radiale Auswölbungen 96, die an den Stellen der Stege oder Rippen 24 ausgebildet sind. Da diese Erhebungen

- 11 -

509838/0318

96, wie in Figur 6 gezeigt, jeweils zwischen den Schlitzen 28 der Radialfortsätze ausgebildet sind, können sie zur genauen Positionierung dieser Schlitze an der Stelle herangezogen werden, wan welcher entsprechend der Darstellung gemäß Figur 5 die Schweißspitzen 92 des Schweißkopfes 60 zum Anschweissen der Leiterenden 30, 31 an den jeweiligen Eadialfortsatz 26 in den zugehörigen Schlitz 28 eintauchen. Der Schrittschaltmotor 44 kann also "beispielsweise eine Schaltscheibe 98 antreiben, die randseitige Aussparungen hat, welche mit diesen Auswölbungen 96 zusammenwirken. Die Schaltscheibe 98 kann dabei eine Anordnung erfahren, daß ihr für die Wirkverbindung mit den Erhebungen 96 maßgeblicher Randbereich stirnseitig zur Überlappung mit den Radialfortsätzen der Kommutatorsegmente kommt,.wie bei 102 in Figur 6 angedeutet, wodurch diese Radialfortsätze eine gewisse Aussteifung erfahren, die den eigentlichen Schweiß vor gang günstig beeinflusst. V/ird das erfindungsgemässe Verschweißungsverfahren auf diese Weise an einem so zu bezeichnenden Halbprodukt ausgeführt, dann ist es zu einem späteren Zeitpunkt nur noch erforderlich, das bekannte Fertigungsverfahren für den Kommutator zu vollenden und dann also die Erhebungen 96 abzudrehen, wodurch dann die separaten Kommutatorsegmente gebildet werden. Bei diesem Abdrehen können dann auch gleichzeitig die Leiterenden 30, 31 axial gekürzt werden, so daß sie nicht die eine Stirnfläche der Radialfortsätze überragen, wie dies in Figur 4 gezeigt ist.

Anhand der Figur 7 soll abschliessend noch kurz beschrieben werden, was bei dem erfindungsgemässen Ultraschallverschweissen der Leiterenden 30 und 31 mit dem jeweils zugehörigen Radialfortsatz 26 eines Kommutatorsegments 20 stattfindet. Infolge der UItraschallenergie und der auf die Schweißspitze beim Schweißvorgang ausgeübten Andrückkraft werden die zuvor die Relativlagen gemäß Figur 2 eingenommenen Leiterenden 30 und 31 so stark zusammengedrängt, daß sie im v"erschweissten Zustand

- 12 -

509838/0318

mit dem zugehörigen Radialfortsatz 26 ets& Iweidrittel des zugehörigen Schlitzes 28 ausfüllen. Dabei kann' für die Grenzschicht 104- zwischen den beiden Leiterenden und die nicht näher bezeichnete Grenzschicht zu dem Rand des umgebenden Schlitzes 28 davon ausgegangen werden, daß für dieselben die Herkunft des Materials nicht eindeutig lokalisert werden kann, d.h. in diesen Cbenzschichten haben die Ultraschallenergie und die Andrückkraft zu einer so innigen Vereinigung der Materialien der Leiterenden JO, 51 und des zugehörigen Radialfortsatzes 26 geführt, daß hier diese Materialien ein praktisch einheitliches Gefügebild haben. Aufgrund desselben ist die Verbindung zwischen den Leiterenden und dem zugehörigen Radialfortsatz mechanisch extrem fest und außerdem ist die elektrische Leitverbindung dadurch optimal, wobei für öäie betreffenden Werte gilt, daß sie praktisch proportional zu den wechselseitigen Berührungsflächen zwischen den Leiterenden und dem Rad des umgebenden Schlitzes sind. Für diese Schweißverbindung der Leiterenden mit dem jeweils zugehörigen Radialfortsatζ eines Kommutatorsegments gilt weiterhin, daß dieselbe so kompakt ist, daß an den Leiterenden zuvor aus anderen Gründen eventuell angebrachtes Lötflußmittel absolut nicht mehr existent ist, was über entsprechende Versuchsreihen mit dem Ergebnis festgestellt werden konnte, daß dadurch diese Schweißverbindung der Leiterenden absolut korrosionsbeständig ist.

Zum eigentlichen Ultraschallschweißen wäre noch zu bemerken, daß dasselbe unter einer sehr geringen Wärmeentwicklung abläuft, so daß das IPertigungsverfahren keine Unterbrechungszeiten kennt, weil der Kommutator sofort nach Abschluß des Schweißvorganges weiterbehandelt werden kann. Die niedrige Wärmeentwicklungist auch unter dem Gesichtspunkt vorteilhaft, daß dadurch die originären Materialeigenschaften des aus Kunststoff bestehenden Kommutatorkerns 22 und besonders der

- 13' 509838/0318

zwischen den einzelnen Kommutatorsegmenten ausgebildeten Stege oder Hippen 24 erhalten bleiben, wobei völlig unerheblich ist, ob die Kommutatorsegmente und/oder die elektrischen Leiter aus einem minderwertigen Kupfer und/oder Aluminium bestehen. Entsprechend dem weiter oben bereits gegebenen Hinweis besteht allerdings ein gewisser Zusammenhang zwischen der UItraschallenergie und der Kraft, mit welcher beim Schweissen die Schweißspitze gegen die Leiterenden angedrückt wird, wobei auch noch die Zeit eine gewisse Rolle spielt, über welche die Schweißspitze angelegt bleibt. Diese verschiedenen Variablen sind auch abhängig von dem jeweiligen Material beziehungsweise der Materialkombination, aus welcher die elektrischen Leiter und die Kommutatorsegmente beziehungsweise ihre Radialfortsatze bestehen, wobei es aber keine Schwierigkeiten bereitet, über Probeversuche die jeweils günstigsten Werte zu finden. Gegenüber diesen Variablen, bezüglich welcher allgemein gilt, daß die Beaufschlagung mit einer grösseren Schallenergie eine kürzere Schweißzeit und eine niedrigere Andrückkraft bedingt, spielen weitere Einflußgrössen nur eine sekundäre Rolle, die im übrigen ebenfalls experimentell sehr rasch ermittelt werden kann. Solche weitere Einflußgrössen sind gegeben durch die Oberflächenform und die metallurgischen Eigenschaften der elektrischen Leiter und der Kommutatorsegmente beziehungsweise deren jeweiligem Radialfortsatz, die Formgebung der benutzten Schweißspitzen und die Schwingungsamplitude sowie die Form des jeweils benutzten Ultra-Schall-Schweißgerätes.

Die praktische Erpobung der vorliegenden Erfindung war dort . am erfolgreichsten^ wo für das Ultraschallschweißen ein Schweißgerät benutzt wurde, das einen mit Parallelresonanzen angetriebenen elektrostruktiven Wandler hatte, der Schwingungen

- 14 -

509838/0318

konstanter Amplitude erzeugte. Der Wandler war an einen Titan-Resonanzverstärker angeschlossen, der seinerseits Verbindung hatte mit einem aus Werkzeugstahl "bestehenden Schweißkopf, der in einem Schwingungsknotenpunkt angeordnet war. Der Schweißkopf "bzw. die daran befestigte Schweißspitze wurde mit einer Frequenz von etwa 10 KHz und einer Amplitude von etwa 0,15 ^m. angetrieben bei einer Leistungsstärke des Wandlers von 4000 Watt. Die aus Kupfer bestehenden Leiterenden hatten einen Durchmesser von etwa 3»25 mm und wurden an einen ebenfalls aus Kupfer bestehenden Kommutator angeschweisst, bei dem die Schlitze der einzelnen Radialfortsätze der Kommutatorsegmente eine Breite von etwa 3»25'mm und eine Länge von etwa 6,35 mm hatten. Der ο hweißvorgang wurde ausgeführt mit einer Andrückkraft zwischen etwa 160 und 450 kg bei einem entsprechenden Energieverbrauch zwischen etwa 1000 und etwa 500 Joule. Gleiche vorteilhafte Ergebnisse wurden erzielt mit Kupferdrähten mit einem Durchmesser von etwa 2,08 mm und Anpressdrücken zwischen etwa 45 und 225 kg bei einem entsprechenden Energieverbrauch zwischen etwa 300 und etwa 100 Joule. Weiterhin wurden ebenso positive Ergebnisse erzielt mit Kupferdrähten eines Durchmessers von etwa 3,25 mm und aus Aluminium bestehenden Kommutatorsegmenten, wobei hiermit Anpressdrücken zwischen etwa 160 und 205 kg bei einem entsprechenden Energieverbrauch zwischen etwa 900 und etwa 700i:Joule gearbeitet wurde. Bei diesen Versuchen hat manim übrigen kein Kupfer mit besonderen Eigenschaften verwendet, also insbesondere nicht das früher für besonders wichtig angesehene sauerstoffreie Kupfer, und bezüglich des Aluminiums wurde ebenfalls Handelsware benutzt, woraus erkennbar wird, daß das erfindungsgemässe Herstellungsverfahren unter diesem Gesichtspunkt, den bisher geübten Lötverbindungen ebenso überlegen ist wie unter dem Gesichtspunkt, daß es zu wesentlich dauerhafteren elektrisch leitenden und mechanischen Verbindungen zwischen den Leiterenden und den einzelnen Kommutatorsegmenten führt.

- 15 509838/0318

Claims

- 15 Ansprüche

( 1. )Verf ahren zur Herstellung des Ankers von dynamoelektrisrcnen Maschinen, wie insbesondere des Anlaßmotors¹oder der Wechselstrommaschine von Kraftfahrzeugen, "bei dem die einzelnen Segmente des am einen Ende der Ankerwelle sitzenden Kommutators einen geschlitzten Eadialfortsatz zur elektrisch leitenden und mechanischen Verbindung mit den Enden zweier jeweils zugehöriger elektrischer Leiter haben, die elektrisch isoliert durch das Blechpaket des Ankers hindurchgeführt sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Leiterenden (30, 31) durch ein Ultraschallschweiß mit dem jeweils zugehörigen Eadialfortsatz (26) der einzelnen Kommutatorsegmente (20) verbunden werden,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t , daß das paarweise Ultraschallverschleissen der Leiterenden (30, 31) mit den einzelnen KommutatorSegmenten (20) Zeitlich aufeinanderfolgend vorgenommen wird.
3- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ e i ch η e t , dasß das Ultraschallschweißen unter Druckbeaufschlagung der Leiterenden (30, 31) mindestens für die Zeitdauer der Ultraschallbeaufschlagung vorgenommen wird.
4-, Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagung der Leiterenden (30, 31) grosser ist als der für deren Verschweissen mit dem zugehörigen Eadialfortsatz (26) eines Kommutatorsegments (20) erforderliche Mindestdruck.

- 16 -

509838/031 8
5· Verfahren nach. Anspruch 3 oder 4, dadurch g e k en η zeichnet , daß die Druckteaufschlagung der Leiterenden (30, 31) kleiner ist als der Druck, unter welchem eine axiale Verdrängung der Leiterenden auftritt.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 3-5, dadurch gekennzeichnet , daß die Leiterenden (30, 31) "bei einem Durchmesser von etwa 3»25 mm unter einer durchschnittlichen Andrückkraft zwischen etwa 160 und 450 kg bei einem entspre-r chenden Energieverbrauch der UItraschallenergie zwischen etwa 1000 und etwa 500 Joule mit den Kommutatorsegmenten verschweisst werden.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 "bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das für das Ultraschallschweissen benutzte Schweißgerät (48) einen Schweißkopf (60) hat, der mit seiner an ihm ausgebildeten Schweißspitze (92) in einer auf den Inker (10) bezogenen Eadialrichtung relativ zu dessen Kommutator (18) beweglich ist und daß weiterhin eine Schrittschalteinrichtung (44-, 84) zur schrittweisen We iterdrehung des Ankers jeweils dann vorgesehen ist, wenn nach abgeschlossenem Schweiß vor gang der üchweißkopf (60) von dem Kommutator abgehoben ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißkopf (60) mit mehreren Schweißspitzen (92a bis 92f) ausgerüstet ist, die in zeitlicher Aufeinanderfolge einzeln zur Wirkung bringbar sind.

509838/0318

η-

Leersei te