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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Kohlesegmentkommutator für einen
Elektromotor.
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Es
gibt zwei Hauptverfahren zum Verbinden der Ankerwicklung mit den
Kommutatorsegmenten der Elektromotoren. Eines besteht darin, eine
mechanische Verbindung bereitzustellen. Das andere besteht darin,
den Wicklungsdraht mit einem Lappen zu verbinden, indem ein thermisches
Verbindungsverfahren, wie zum Beispiel ein Schmelzschweißverfahren,
eingesetzt wird. Kohlesegmentkcommutatoren werden immer häufiger verwendet.
Diese umfassen eine Kommutatorbasis aus Isoliermaterial, eine Vielzahl
von Kommutatoranschlüssen,
von denen jede einen Anschlussteil und einen Kontaktteil umfasst,
und eine Vielzahl von Kohlesegmenten, die auf der Basis und über den
jeweiligen Kontaktteilen der Anschlüsse ausgebildet sind. Die Wärme, die
durch das Anschweißen
des Wicklungsdrahtes an die Anschlussteile der Kommutatoranschlüsse erzeugt wird,
ist notwendigerweise hoch, um die Drahtisolation abzubrennen und
diese Wärme
wird auf die Verbindung zwischen dem Graphit und dem Metallkontaktteil übertragen,
mit dem resultierenden Risiko, dass an dieser Verbindung ein Schaden
auftritt. Außerdem
erfordern mechanische Verbindungen, die darauf beruhen, dass der
Wicklungsdraht in den Anschlussteilen der Kommutatoranschlüsse in schmalen
Schlitzen positioniert wird, einen Bereich von verschiedenen Kommutatoranschlüssen, um
die Verbindung mit den verschiedenen verwendeten Drahtdurchmessern
herzustellen und dies macht unterschiedliche Werkzeuge erforderlich
und birgt die Gefahr des Verwechselns der Bauteile.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen.
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Es
ist aus
US 5679996 A bekannt,
dass man gemäß dem ersten,
oben beschriebenen Verfahren einen zusammengebauten Kommutator bereitstellen kann,
der einen Segmenthalterteil und einen Gehäuseteil aufweist. Der Gehäuseteil
weist Gehäuseelemente
auf, die für
die Aufnahme der Ankeranschlussdrähte mit „T"-förmigen
Vertiefungen, die sich axial erstrecken, und Schlitzen, die sich
quer erstrecken, ausgebildet sind. Schneidklemmanschlüsse werden in
die „T"-förmigen Vertiefungen
eingeführt
und sind mit Schlitzen geformt, die mit den, sich quer erstreckenden
Gehäuseschlitzen
zusammenwirken, um die Ankeranschlussdrähte zu greifen und den Kontakt
mit denselben herzustellen. Die Anschlüsse werden durch die Kommutatorsegmente
in ihrer Position gehalten und umfassen Vertiefungen für die Aufnahme
von Haltestücken,
die an den Kommutatorsegmenten angeordnet sind.
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Aus
US 5910259 A ist
ein Verfahren und ein Produkt zur Herstellung eines Motorankers
bekannt, der eine Kohlescheiben- oder Kohletrommelkommutator-Unterbaugruppe
umfasst, wobei die Kohleschicht auf die Metallkommutatoren gelötet ist.
Das Verfahren umfasst, beim Schmelzschweißen des Ankerdrahtsegmentes
an jeden Metallkommutator, das Aufbringen von Kühlflüssigkeit auf das zu schweißende Kommutatorsegment
und/oder die Schweißelektrode,
um die Wärmeübertragung
auf die Lötschicht
zu beseitigen oder zu reduzieren. Diese Technik bietet bezüglich des
Prozesses und des Produktes viele Vorteile, die Folgendes umfassen: (1)
die Überhitzung,
der Fluss und das Perlen des Lotes werden vermieden, (2) der Temperaturanstieg
der Elektrode und der geschweißten
Verbindungsstelle kann besser gesteuert werden, (3) der Energieauftrag
und der Stromverbrauch können
gleichmäßiger erreicht
werden und (4) es lässt
sich eine bessere Wiederholbarkeit, Ausbeute und Qualität des Produktes
erzielen.
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Es
ist aus
US 2003020360
A1 außerdem
bekannt, dass man einen Hakenkommutator bereitstellen kann, der
in einem Bereich zwischen einem Kommutatorhaken und dem Kohlesegment
eine verringerte Wärmeleitung
aufweist, und somit die Lötverbindung
des Ankerdrahtes gegen eine übermäßig hohe
Wärme geschützt werden
kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nach Anspruch 1 ein Kommutator bereitgestellt, der Folgendes
umfasst: eine Vielzahl von Kommutatoranschlüssen, wobei jeder Kommutatoranschluss
ein Kontaktteil und ein separates Anschlussteil aufweist; einen
ersten und einen zweiten Halter aus Isoliermaterial zum Halten der
Kontaktteile bzw. der Anschlussteile; und eine Vielzahl von Kohlesegmenten, die
auf dem ersten Halter bzw. über
den Kontaktteilen der Anschlüsse
ausgebildet sind; dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussteile
jeweils einen ersten Teil, an dem der Ankerwicklungsdraht eines
Motors durch ein thermisches Verbindungsverfahren angeschlossen
wird, und einen zweiten Teil, der zum Herstellen einer mechanischen
Verbindung mit einem jeweiligen Kontaktteil dient, umfassen.
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Es
ist somit möglich,
die Ankerwicklung mit den Anschlussteilen der Kommutatoranschlüssen durch
ein thermisches Verbindungsverfahren, wie zum Beispiel ein Schmelzschweißverfahren,
zu verbinden, bevor die Anschlussteile mit den Kontaktteilen der
Kommutatoranschlüsse
verbunden werden. Daher wird dadurch verhindert, dass Wärme, die durch
das thermische Verbindungsverfahren erzeugt wurde, die Verbindung
zwischen dem Graphit und den Kontaktteilen schädigt.
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Der
zweite Teil eines jeden Anschlussteils weist vorzugsweise mindestens
einen länglichen Schlitz
auf, um einen Teil eines jeweiligen Kontaktteils verschiebbar aufzunehmen.
In diesem Fall kann der zweite Teil eines jeden Anschlussteils die
Form eines umgekehrten Kanals mit zwei Seiten und einem Oberteil
aufweisen, wobei das Oberteil einen Querschlitz aufweist, der sich
an den entgegengesetzten Enden mit den offenen Enden der länglichen Schlitze
vereint, die sich vom Oberteil aus und längs der zwei Seiten so weg
erstrecken, dass der Teil eines jeweiligen Kontaktteils in die Schlitze
in den zwei Seiten des zweiten Teils des Anschlussteils verschiebbar
eingeführt
werden kann. Die länglichen Kanten
der Schlitze weisen, vorteilhafterweise, nach innen hervorstehende
Teile, zum Beispiel Widerhaken, zum Greifen des Teils eines jeweiligen
Kontaktteils auf.
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Vorzugsweise
ist der zweite Halter in Form eines Gehäuses, wie zum Beispiel einer
Krone, ausgeführt,
die eine Vielzahl von Gehäusevertiefungen für die Aufnahme
der zweiten Teile der jeweiligen Anschlussteile aufweist. In diesem
Fall können
die zweiten Teile der Anschlussteile nach außen hervorstehende Teile, zum
Beispiel Widerhaken, zum Greifen der Wände der Vertiefungen aufweisen.
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Vorzugsweise
sind die ersten Teile der Anschlussteile in Form hakenförmiger Lappen
ausgeführt,
die über
die Zwischenteile mit den jeweiligen zweiten Teilen verbunden sind.
In diesem Fall können die
Zwischenteile mindestens teilweise an einer äußeren Umfangsfläche des
Gehäuses
anliegen.
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Vorzugsweise
werden die Vertiefungen in dem Gehäuse hinter den hakenförmigen Lappen
so bereitgestellt, dass der Stützschaft
von hoher Temperaturfestigkeit während
des Spulendrahtverschweißens
in der Vertiefung platziert werden kann.
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Der
Kommutator kann die Form eines planaren Kommutators haben, der eine
planare Kommutierungsfläche
aufweist. In diesem Fall kann der erste Halter in Form einer Kommutatorbasis
aus Isoliermaterial ausgeführt
sein, wobei die Basis eine Drehachse sowie eine Vorder- und eine
Rückfläche aufweist, die
sich, mindestens teilweise, quer zur Drehachse erstrecken, und die
Kontaktteile sich durch die jeweiligen Öffnungen in der Basis erstrecken
und so umgebogen sein können,
dass sie an der Vorderfläche der
Basis anliegen oder sich in deren unmittelbaren Nähe befinden.
In diesem Fall stellen die, sich nach hinten erstreckende Teile
der Kontaktteile eine mechanische Verbindung mit den entsprechenden
Anschlussteilen her. Die Kommutatorbasis kann Säulen aufweisen, die von deren
Rückfläche aus
so hervorstehen, dass sie in die Vertiefungen hinter den hakenförmigen Lappen
an dem Gehäuse
passen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird außerdem
ein Verfahren für
die Montage eines Kommutators nach Anspruch 14 bereitgestellt, bei
dem der Ankerwicklungsdraht vor dem Anschließen der Anschlussteile an die
Kontaktteile durch ein thermisches Verbindungsverfahren, zum Beispiel
ein Schmelzschweißverfahren,
mit den ersten Teilen der Anschlussteile verbunden wird.
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Die
Erfindung wird jetzt beispielhaft, unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen, genauer beschrieben, wobei:
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1 eine
perspektivische Darstellung von der Vorderseite eines ersten Teils
eines Kommutators gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
perspektivische Darstellung von der Rückseite des in 1 dargestellten
Teils ist;
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3 eine
perspektivische Darstellung von der Vorderseite eines zweiten Teils
eines Kommutators gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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4 eine
perspektivische Darstellung von der Rückseite des zweiten Teils des
Kommutators ist;
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5 eine
perspektivische Darstellung eines Anschlussteils eines Kommutatoranschlusses ist;
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6 eine
perspektivische Darstellung eines Kontaktteils des Kommutatoranschlusses
ist; und
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7 eine
perspektivische Darstellung ist, die den zusammengebauten Kommutator
zeigt.
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In
den Zeichnungen umfasst der darin dargestellte, planare Kohlesegmentkommutator
jeweils einen ersten und einen zweiten Halter 10 und 11,
eine Vielzahl von Kommutatoranschlüssen, wobei jeder Kommutatoranschluss
ein Kontaktteil 12 und ein separates Anschlussteil 13 aufweist,
und eine Vielzahl von Kohlesegmenten 14, die auf dem ersten
Halter 10 bzw. über
den Kontaktteilen 12 des Kommutatoranschlusses ausgebildet
sind.
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Der
erste Halter 10 ist in Form einer Kommutatorbasis aus Isoliermaterial,
normalerweise einem hitzehärtbaren
Material, ausgeführt.
Die Basis 10 hat eine scheibenartige Form, die jeweils
eine Vorder- und
eine Rückfläche 10a und 10b aufweist,
die sich quer zur Drehachse des Kommutators erstrecken. Sie weist
eine mittige Nabe 15 für
die Aufnahme der Ankerwelle (nicht dargestellt) eines Elektromotors auf.
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Die
Basis 10 weist außerdem
eine innere und eine äußere, sich
auf dem Umfang erstreckende Reihe von jeweiligen, mit einem Abstand
angeordneten Öffnungen 16 und 17 auf,
sowie eine, sich auf dem Umfang erstreckende Reihe von mit einem
Abstand angeordneten Schlitzen 18, die zwischen den zwei
Reihen von Öffnungen 16 und 17 angeordnet sind
und die die Kontaktteile 12 der Kommutatoranschlüsse aufnehmen.
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Der
zweite Halter 11 ist in Form eines Gehäuses mit einer kronenartigen
Form ausgeführt,
die aus Isoliermaterial, normalerweise einem Thermoplastmaterial,
geformt wurde, die für
die Aufnahme der Nabe 15 der Basis 10 und der
Ankerwelle (nicht dargestellt) eine mittige Nabe 19 aufweist.
Das Gehäuse 11 weist
außerdem
eine Vielzahl von auf dem Umfang mit einem Abstand angeordneten
Gehäusevertiefungen 20 (oder
Taschen) zum Halten der jeweiligen Anschlussteile 13 der
Kommutatoranschlüsse
auf.
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Jedes
Kontaktteil 12 wird aus einem länglichen, einmal zusammengefalteten
Metallstreifen geformt. Die seitlich hervorstehenden Teile 21 erstrecken
sich von den entgegengesetzten Seiten eines jeden Kontaktteils 12 aus
nach außen,
und zwar direkt neben den sich seitlich erstreckenden Einkerbungen 22,
die die Endteile der Schlitze 18 passend einrastbar aufnehmen.
Die freien Enden der zusammengefalteten Kontaktteile 12 weisen
die Öffnungen 23 für einen
Zweck auf, der im Folgenden deutlicher werden wird.
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Die
Kontaktteile 12 werden an die Basis 10 montiert,
indem die zusammengefalteten Kontaktteile durch die jeweiligen Schlitze 18 gedrückt werden, bis
die hervorstehenden Teile 21, die als Anschläge dienen,
an der Unterseite der Basis 10 zur Anlage kommen und die
Einkerbungen 22 passend einrastbar in die Endteile der
Schlitze 18 eingreifen. Die zwei freien Ende der Kontaktteile
werden dann so umgebogen, dass sie an der Vorderfläche der
Basis 10 anliegen oder sich in deren unmittelbaren Nähe befinden.
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Die
Kohlesegmente 14 werden dann auf der Vorderfläche 10a der
Kommutatorbasis 10 und über den
Kontaktteilen 12 geformt. Dies lässt sich dadurch erreichen,
dass eine Scheibe aus grünem
Graphitmaterial (green graphite material) auf die Vorderfläche 10a warmgepresst
und dann die Scheibe in einzelne Segmente 14 geschnitten
wird. Grünes
Graphitmaterial ist ein vor dem Sintern oder der Wärmebehandlung,
während
der das Bindemittelmaterial abbindet, vorliegendes Graphitgemisch.
Während des
Warmpressverfahrens wird das Bindemittel aufgeweicht (möglicherweise
geschmolzen) und dadurch kann das Gemisch, unter Druck in die äußeren Öffnungen 17 und
durch die Öffnungen 23 in
den Kontaktteilen 12 und in die inneren Öffnungen 16 fließen, um
die Graphitscheibe an der Basis 10 zu verankern. Wenn das
Bindemittel, das aus hitzehärtbarem
Material wie zum Beispiel Phenolharz besteht, geschmolzen und gekühlt wurde,
wird es hitzebeständig,
wodurch eine stabile Kontaktfläche
für den Kommutator
entsteht. Als Alternative zum Warmpressverfahren kann ein Überspritzverfahren
eingesetzt werden. Bei diesem letzteren Verfahren werden die Bauteile,
nämlich
die Kommutatorbasis 10 und die Kontaktteile 12,
in ein Formwerkzeug eingelegt und das Graphitmaterial wird in das
Formwerkzeug, nachdem dieses geschlossen wurde, eingespritzt. Durch
das Warmpress- oder Spritzverfahren wird eine gute elektrische Verbindung
mit den Kontaktteilen 12 hergestellt.
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Jedes
Anschlussteil 13 der Kommutatoranschlüsse umfasst einen ersten Teil
in Form eines hakenförmigen
Lappens 24, mit dem der Ankerwicklungsdraht eines Motors
durch ein thermisches Verbindungsverfahren, wie zum Beispiel ein
Schmelzschweißverfahren,
verbunden werden kann und einen zweiten Teil 25, der die
Form eines umgekehrten Kanals aufweist und zum Herstellen einer
mechanischen Verbindung mit einem jeweiligen Kontaktteil 12 dient.
Der kanalförmige
Teil 25 weist die zwei Seiten 26 und 27 und
ein Oberteil 28 auf. Das Oberteil 28 weist einen
Querschlitz 29 auf, der sich an den entgegengesetzten Enden
mit den offenen Enden der länglichen
Schlitze 30 vereint, die sich vom Oberteil 28 aus
und längs
der zwei Seiten 26 und 27 so weg erstrecken, dass
ein nach hinten hervorstehender Teil eines jeweiligen Kontaktteils 12 in
die Schlitze 30 in den zwei Seiten des kanalförmigen Teils 25 der
Anschlussteile verschiebbar eingeführt werden kann. Die länglichen
Kanten der Schlitze 30 weisen nach innen hervorstehende
Teile in Form der Widerhaken 31 auf, die zum Greifen des
nach hinten hervorstehenden Teils eines jeweiligen Kontaktteils 12 dienen, und
die kanalförmigen
Teile 25 der Anschlussteile weisen auch nach außen hervorstehende
Teile in Form der Widerhaken 32 zum Greifen der Wände der Vertiefungen 20 auf.
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Die
hakenförmigen
Lappen 24 sind mit den jeweiligen kanalförmigen Teilen 25 durch
die Zwischenteile 33 verbunden, die teilweise als Schultern, die
an der äußeren Umfangsfläche des kronenartigen
Gehäuses 11 anliegen,
fungieren. Die Vertiefungen 34 werden in dem kronenförmigen Gehäuse 11 hinter
den hakenförmigen
Lappen 24 so bereitgestellt, dass ein Stützschaft
(nicht dargestellt) mit einer hohen Temperaturfestigkeit, zum Beispiel
ein hitzehärtbares
Material oder Metall, während
des Verschweißens
des Spulendrahtes in der Vertiefung platziert werden kann. Durch
den Kontakt zwischen den Zwischenteilen 33 und der Umfangsfläche des kronenartigen
Gehäuses 11 wird
das Biegen der Lappen 24 während des Schmelzschweißverfahrens
vermieden. Die Säulen 35,
die von der Rückfläche der Kommutatorbasis 10 aus
hervorstehen, füllen,
nachdem der Kommutator vollständig
zusammengebaut wurde, die Vertiefungen 34 aus.
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Die
Rippen 36 an der Rückfläche des
kronenartigen Gehäuses 11 verstärken das
Gehäuse 11 während der
Montage und die Ausrichtstützen 37 sind
zur Positionierung in den entsprechenden Schlitzen 38 in
der Nabe 19 des Gehäuses 11 mit
einem Abstand voneinander um den äußeren Umfang der Nabe 15 der
Basis 10 herum angeordnet, um die Basis 10 und
das Gehäuse 11 während der
Montage zueinander auszurichten.
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Zuerst
werden die Basis 10, zusammen mit den Kontaktteilen 12 und
den Kohlesegmenten 14, und das Gehäuse 11, zusammen mit
den Anschlussteilen 13, zusammengebaut. Das Gehäuse 11 wird dann
auf eine Ankerwelle eines Motors geschoben und die Ankerwicklung
wird um ein isoliertes Blechpaket gewickelt. Die Wicklung wir dann
an die Lappen 24 geschweißt, bevor die Basis 10 auf
die Ankerwelle geschoben wird und die Kontaktteile 12 mit
den Anschlussteilen 13 verbunden werden.
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Dies
bedeutet, dass die Wärme,
die dadurch erzeugt wird, dass der Wicklungsdraht an die Lappen 24 geschweißt wird,
nicht auf die Verbindung zwischen dem Graphit und den Kontaktteilen übertragen wird
und dass die Notwendigkeit entfällt,
einen Bereich von verschiedenen Kommutatoranschlüssen für den Anschluss der verschiedenen,
verwendeten Drahtdurchmesser bereitstellen zu müssen.
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Obwohl
es bevorzugt wird, die Wicklung mit den Lappen 24 vor dem
Anschließen
der Kontaktteile 12 an die Anschlussteile 13 zu
verschweißen,
wäre es
möglich,
die Kontaktteile 12 mit den Anschlussteilen 13 zu
verbinden und dann anschließend
die Wicklung mit den Lappen 24 zu verschweißen, da
sich die Lappen 24 ziemlich weit weg von den Kohlesegmenten
befinden und infolge des zweiteiligen Anschlussaufbaus mehr oder
weniger thermisch entkoppelt sind.
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Es
können
andere thermische Verbindungsverfahren als ein Schmelzschweißverfahren
verwendet werden, um den Ankerwicklungsdraht mit den Lappen 24 zu
verbinden. Zum Beispiel könnte
der Wicklungsdraht mit dem Lappen 24 durch konventionelles
Löten oder
durch Laserschweißen/Laserlöten verbunden
werden.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsformen sind
nur als Beispiel angegeben und verschiedene Abwandlungen werden
für den
Fachmann offensichtlich sein, ohne dass vom Schutzbereich der Erfindung,
wie er durch die beigefügten
Patentansprüche definiert
ist, abgewichen wird. Beispielsweise ließe sich die Erfindung auch
auf einen zylindrischen Kohlesegmentkommutator sowie einen planaren
Kohlesegmentkommutator anwenden.