DE3823844A1 - Kommutator fuer elektrische maschinen und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kommutator für elektrische Maschinen, dessen durch Preßstoff voneinander distanzierte Segmente Teile eines fließgepreßten Körpers sind sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kommutators.

Wie bei denjenigen Preßstoff-Kommutatoren, deren Segmentkörper aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt wird, werden auch bei den bekannten Kommutatoren der eingangs genannten Art die Segmente an ihrem der Kommutatorlängsachse zugekehrten Fußbereich mit Materialpartien versehen, aus denen in einem weiteren Arbeits­ schritt Verankerungselemente gebildet werden, welche beim fertigen Kommutator die Segmente im Preßstoff verankern. Fertigungsbedingt erfolgt dies, indem an den Fußbereich der Segmente im Zuge des Fließpreßvorganges Stege angeformt werden, die sich über die gesamte Segmentlänge erstrecken und dann anschließend durch Verbreiterung ihrer inneren Enden zu Verankerungselementen ausgebildet werden. Bei dem an sich kostengünstigen Fließpressen wird jedoch der Fertigungsprozeß dadurch erschwert und verteuert, daß die Stege in Umfangsrichtung möglichst schmal zu halten sind, um nach ihrer Ausbildung zu Verankerungselementen zwischen den Verankerungen benachbarter Segmente einen möglichst großen, die Fliehkraftbeanspruchung aufnehmenden Preßstoffquerschnitt zu erhalten. Das bedeutet, daß der durch eine hohe Reibung in den schmalen Nuten des Formstempels erschwerte Materialfluß einen sehr hohen Kraftbedarf und damit eine teure Einrichtung erfordert, um über die gesamte Länge der Segmente eine vollstän­ dige Ausformung der Stege und damit der Verankerungen zu ereichen, sofern dies überhaupt möglich ist.

Da die radiale Positionierung der Segmente und der Zusammen­ halt des Segmentkörpers allein von den Verankerungen der Seg­ mente und durch die verhältnismäßig schwachen Querschnitte des zwischen sie eingepreßten Preßstoffes gewährleistet wird, ist die dynamische Beanspruchbarkeit dieser Kommutatoren relativ gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Kommu­ tatoren der eingangs genannten Art zu verbessern. Diese Aufgabe löst ein Kommutator mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Dadurch, daß die Segmente mittels wenigstens eines vorgespannten Armierungsringes zusammengespannt werden, der Segmentkörper also mit dem eingepreßten Preßstoff unter Tangentialspannung steht und mit diesem kraftschlüssig verbunden ist, ist der Zusammenhalt der Segmente und die Verbindung mit dem Preßstoff erheblich verbessert.

Da die dynamische Beanspruchbarkeit und die Formstabilität des erfindungsgemäßen Kommutators durch den über die Spannung des Armierungsringes im Segmentkranz aufgebauten Gewölbedruck bestimmt und geprägt wird, ist auch unter einer wesentlich höheren dynamischen Beanspruchung ein einwandfreies Betriebs­ verhalten der Bürstenlauffläche gewährleistet.

Daher kann auf eine Verankerung der Segmente im Preßstoff mit Hilfe von am Fußbereich der Segmente vorgesehener Veran­ kerungsmittel verzichtet werden. Dieser Verzicht führt beim Fließpressen zu einer erheblich verminderten Reibung und einem wesentlich günstigeren Werkstoffluß, wodurch der er­ forderliche Kraftbedarf beachtlich vermindert wird. Als weiterer Vorteil kommt eine wesentlich höhere Standzeit des Formstempels hinzu. Der erfindungsgemäße Kommutator ist deshalb nicht nur für wesentlich höhere Drehzahlen geeignet als die ent­ sprechenden bekannten Kommutatoren. Er läßt sich auch kosten­ günstiger herstellen.

Besonders günstige Formen des Fußbereiches und des Sitzes oder der Sitze, welche beim Fließpressen angeformt werden können, sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3.

Die Vorspannung der Armierungsringe kann in bekannter Weise erreicht werden, beispielsweise durch ein Aufschrumpfen. Wesentlich vorteilhafter ist es jedoch, dem Armierungsring die erforderliche Vorspannung dadurch zu geben, daß man ihn zusammen mit seinem Sitz aufweitet, wobei die den Sitz bildenden Materialpartien, aus Toleranzgründen vorzugsweise aber auch der Armierungsring, plastisch verformt werden. Vorteilhaft ist hierbei, daß auch noch sehr kleine Kommutatoren problemlos gehandhabt werden können und daß nicht mit abnehmenden Abmessun­ gen die Toleranzen verringert werden müssen.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kommutators anzugeben. Diese Aufgabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 6.

Dieses Verfahren ist besondern dann sehr kostengünstig, wenn jeder vorgesehene Armierungsring spannungslos auf den ihm zugeord­ neten Sitz aufgebracht wird und danach die den Sitz bildenden Materialpartien der Segmente unter plastischer Verformung radial nach außen bewegt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 8 bis 10.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine unvollständig dargestellte Draufsicht auf die vom Rotor wegweisende Stirnseite des Segmentkörpers des Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine unvollständig dargestellte Draufsicht auf die dem Rotor zugekehrte Stirnfläche des Segmentkörpers,

Fig. 4 einen unvollständig dargestellten Längsschnitt des Ausfüh­ rungsbeispiels,

Fig. 5 einen unvollständig dargestellten Längsschnitt einer Vorrichtung zum Aufweiten der Sitze für die Armierungsringe.

Ein als Ganzes mit 1 bezeichneter Kommutator für einen Anlasser­ motor eines Kraftfahrzeuges weist durch Fließpressen hergestellte Segmente 2 auf. Alle Segmente 2 werden gleichzeitig fließgepreßt, da zunächst ein einstückig ausgebildeter Segmentkörper 3 herge­ stellt wird, in dem die einander benachbarten Segmente 2 durch je einen dünnen, mit ihnen einstückig ausgebildeten Steg 4 längs ihrer äußeren Längskanten verbunden sind, wie dies insbe­ sondere Fig. 2 zeigt.

Jedes der gleich ausgebildeten Segmente 2 besteht aus einem parallel zur Kommutatorlängsachse liegenden Schenkel zur Bildung der Bürstenlauffläche und einem an das eine Ende dieses Schenkels anschließenden, radial nach außen abstehenden Schenkel zur Bildung eines Ringflansches für den Anschluß der Motorwicklung. In jeden der letztgenannten Schenkel wird beim Fließpressen eine zur benachbarten Stirnfläche des Segmentkörpers 3 hin offene Ausnehmung 5 eingeformt. Diese Ausnehmungen 5, die zur Längsachse des Segmentkörpers 3 hin durch eine Materialpartie 7 begrenzt sind, bilden zusammen einen zur Längsachse des Seg­ mentkörpers 3 konzentrischen Sitz für einen ersten Armierungsring 6. Im Bereich des freien Endes des parallel zur Längsachse des Segmentkörpers 3 verlaufenden Schenkels ist an diesen eine radial nach innen und axial über den Schenkel vorspringende Materialpartie 7′ an jedes Segment 2 angeformt, deren Quer­ schnittsprofil wie dasjenige des letztgenannten Schenkels tra­ pezförmig ist, so daß der Schlitz zwischen den Materialpar­ tien 7′ parallelflankig ist. Die Weite dieses Schlitzes ist allerdings etwas größer als die Weite des zwischen den Schenkeln der Segmente 2 vorhandenen Schlitzes, wie dies vor allem Fig. 1 erkennen läßt. Der axial überstehende Teil der Materialpartien 7′ bildet einen Sitz für einen zweiten Armierungsring 8. Beide Armierungsringe 6 und 8 sind im Ausführungsbeispiel isolierte Stahlringe. Es können aber auch glasfaserarmierte Kunststoffringe verwendet werden.

Nach dem Fließpressen des Segmentkörpers 3 werden die beiden Armierungsringe 6 und 8 auf die zugeordneten Sitze aufgeschoben. Die Armierungsringe 6 und 8 können dabei das für eine einfache Handhabung erforderliche Spiel haben. Danach wird der Segmentkör­ per 3 in eine dickwandige Buchse 9 eingelegt, an deren Innenwan­ dung die gesamte Außenmantelfläche des Segmentkörpers 3 in Anlage kommt, wie Fig. 5 zeigt. Es ist nicht störend, wenn der Armierungskörper 3 zunächst ein geringes Spiel in der Buchse 9 aufweist. In diese wird dann ein Aufweitdorn 10 eingeführt, der in den Segmentkörper 3 eindringt und die Materialpartien 7 und 7′ beider Sitze unter plastischer Verformung radial so weit nach außen drückt, daß die Armierungsringe 6 und 8 eine plastische Aufweitung erfahren.

Nach dem Ausstoßen des Segmentkörpers 3 aus der Buchse 9 wird der zusammen mit einer aus Stahl bestehenden Nabe 11 in eine Preßbuchse eingesetzt. Der Außendurchmesser der Nabe 11 ist, wie Fig. 4 zeigt, kleiner als der Innendurchmessers des Segment­ körpers 3 im Bereich der den Sitz für den zweiten Armierungsring 8 bildenden Materialpartie 7′. Nun wird der Zwischenraum zwischen der Außenmantelfläche der Nabe 11 und der Innenmantelfläche des Segmentkörpers 3 mit Preßstoff 12 ausgepreßt. Dabei tritt der Preßstoff 12 auch in die Zwischenräume zwischen den Segmenten 2 ein. Außerdem deckt der Preßstoff 12 die Materialpartien 7 und 7′ und die beiden Armierungsringe 6 und 8 nach außen hin vollständig ab. Zum Schluß werden die Außenmantelflächen des Segmentkörpers 3 so weit überdreht, daß die Stege 4 voll­ ständig entfernt werden, und die radial nach außen stehenden Schenkel der Segmente 2 mit je einer Aussparung 13 für die Aufnahme des anzuschließenden Wicklungsendes versehen.

Da nach dem Entfernen der Stege 4 die Spannkraft der Armierungs­ ringe 6 und 8 in einen Gewölbedruck umgesetzt wird, lassen sich mit dem Kommutator wesentlich höhere Drehzahlen erreichen als mit bekannten, von einem fließgepreßten Segmentkörper ausge­ henden Kommutatoren, bei denen die Segemente nur mittels Veran­ kerungselementen im Preßstoff verankert sind. Dennoch sind wegen der für das Fließpressen günstigeren Form der Segmente 2 die Herstellungskosten günstiger.

Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten sowie auch die nur allein aus der Zeichnung entnehmbaren Merkmale sind als weitere Ausgestaltungen Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.

Claims (10)

1. Kommutator für elektrische Maschinen, dessen durch Preßstoff voneinander distanzierte Segmente Teile eines fließ­ gepreßten Körpers sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (2)

• a) frei von an sie angeformten und in den Preßstoff (12) ein­ greifenden Verankerungselementen sind und
• b) wenigstens einen zur Kommutatorlängsachse konzentrischen Sitz für einen vorgespannten Armierungsring (6, 8) bilden.

2. Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gegen die Kommutatorlängsachse weisende Fußbereich der Segmente (2) über die gesamte axiale Länge der Segmente (2) eine sich gegen die Kommutatorlängsachse hin trapezförmig verjüngende Querschnittsform hat.

3. Kommutator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder vorhandene Sitz des aus den Segmenten (2) gebildeten Segmentkörpers (3) zu dessen einer Stirnseite hin offen ist.

4. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sitz durch Materialpartien (7, 7′) der Segmente (2) gebildet ist, die in von der Kommutatorachse wegweisender, radialer Richtung zur Bildung eines aufgeweiteten Sitzes plastisch verformt sind.

5. Kommutator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der auf dem aufgeweiteten Sitz angeordnete, vorgespannte Armierungsring (6, 8) plastisch aufgeweitet ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Kommutators gemäß Anspruch 1, bei dem ein einstückig ausgebildeter Segmentkörper durch Fließpressen erzeugt, in die Zwischenräume zwischen den Segmenten Preßstoff eingebracht und nach dem Aushärten des Preßstoffes die die Segmente verbindenden Teile vollständig entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die beim Fließpressen entstandenen Segmente frei von Veranke­ rungselementen gehalten werden,
• b) an den Segmentkörper wenigstens ein zu seiner Längsachse konzentrischer Sitz für einen Armierungsring angeformt wird und
• c) dem Armierungsring eine Vorspannung gegeben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder vorgesehene Armierungsring spannungslos auf den ihm zugeordneten Sitz aufgebracht wird und danach die den Sitz bildenden Materialpartien der Segmente unter plastischer Verfor­ mung radial nach außen bewegt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bewegung der den Sitz bildenden Materialpartien der Segmente radial nach außen der Armierungsring plastisch aufgeweitet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbringen des Preßstoffes in den Segment­ körper und in den Raum zwischen dessen Innenmantelfläche und einer konzentrisch im Segmentkörper angeordneten Nabe oder Welle nach dem Spannen jedes vorgesehenen Armierungsringes erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Segmentkörper mittels des zwischen ihn und die Nabe oder Welle eingepreßten Preßstoffes aufgeweitet wird.