EP0247221A1

EP0247221A1 - Kommutator

Info

Publication number: EP0247221A1
Application number: EP86107208A
Authority: EP
Inventors: Christoph Nettelhoff
Original assignee: Friedrich Nettelhoff Spezialfabrik fur Kleinkollektoren KG
Current assignee: Friedrich Nettelhoff Spezialfabrik fur Kleinkollektoren KG
Priority date: 1986-05-27
Filing date: 1986-05-27
Publication date: 1987-12-02

Abstract

Ein Kommutator mit Kommutatorlamellen (1), die fächerförmig am Umfang des Kommutators verteilt und ohne Verklammerung mit Metall-Armierungsringen lediglich durch eingepreßte Kunststoff-Isoliermasse gegeneinander distanziert und gebunden sind, wobei die einzelnen Kommutatorlamellen Abschnitte aus einem Profil-Halbzeug sind, dessen Profil einen außenliegenden, vorwiegend trapezförmigen Blockbereich (2) und einen fahnenartig ansetzenden Innenlamellenbereich (8,9) fur zum Kern des Kommutators weisende Innenlamellen umfaßt, ist herkömmlich nur mit hohem Bau- und Arbeitsaufwand zu berücksichtigende hochbeanspruchbare Auslegungen so gestaltet, daß an den Kommutatorlamellen jeweils eine in Umfangsrichtung bis zu einem seitlichen Überstand über den trapezförmigen Blockbereich abgebogene Innenlamellen vorliegt, wobei die gleichsinnig abgebogenen Innenlamellen (23,25) in Umfangsrichtung miteinander fluchten, womit sich ein Arbeitsverfahren ergibt, welches auf erprobte, gebräuchliche und gut überschaubare Arbeitsverfahren für Kommutatoren zurückgreift, gebräuchliche Arbeitsmaschinen anzuwenden erlaubt und gleichwohl für radiale wie axiale Beanspruchungen überaus feste Kommutatoren schafft.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kommutator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Kommutatoren dieser Art werden insbesondere für in Großserie hergestellte Motoren kleiner und mittlerer Leistung eingesetzt, wobei die Großserienfertigung unter hohem Preis- und Qualitätsdruck steht und einen im Ganzen und im Detail durchgearbeiteten Herstellungsgang erzwingt.
Diesen Anforderungen entspricht es, die Kommutatorlamellen von einheitlich profiliertem Strangmaterial abzulängen, nacheinander in eine Preßform einzusetzen und dann durch einen plastifizierbaren, aushärtbaren Isolierstoff miteinander zu einem einheitlichen Kommutator zu verbinden und gleichzeitig gegeneinander isoliert zu distanzieren. Der Verankerung der einzelnen Lamellen im Werkstoffverband des Kommutators dient dabei auch der an jeder Lamelle ansetzende und nach innen zum Achsbereich des Kommutators weisende Innenlamellenbereich, der den Lamellen auch dann noch Halt gibt, wenn diese umfangsseitig thermisch und mechanisch bereits hochbelastet sind.
Der vorbetrachtete Kommutator mit lediglich durch Isoliermaterial gebundenen Lamellen reicht allerdings für hohe Beanspruchungen nicht aus. In dieser Hinsicht können hohe Drehzahlen mit entsprechenden Fliehkräften, hohe Axial belastungen, wie sie etwa bei schlagenden oder rüttelnden Werkzeugen auftreten und/oder hohe Strombelastungen mit infolge kritischer Temperaturanstiege für den Kommutator gefährlich werden. Derartige Kommutatoren verlangen herkömmlich einen komplizierteren Aufbau, bei dem die Kommutatorinnenlamellen zu den Stirnseiten hin Ausnehmungen erhalten, in die zur Armierung Stahlringe eingesetzt werden. Diese müssen allerdings gegenüber den Lamellen durch besondere Isolierstoff-Einlagen isoliert werden, ehe der Kommutator verpreßt wird, damit die Metall-Armierungsringe keine Kurzschlüsse erzeugen. Eine solche Armierung mit zusätzlichen Innenringen verlangt dementsprechend aufwendige zusätzliche Arbeitsgänge, die den hochbelasteten Kommutator sehr verteuern.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen Kommutator für hohe Belastungen zu schaffen, der gegenüber dem normal belastbaren Kommutator möglichst wenig an zusätzlichem Aufwand voraussetzt und es erlaubt, die Fertigungsmethoden und -vorrichtungen normal belastbarer Kommutatoren möglichst weitgehend zu nutzen.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit einem Kommutator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgehend durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Durch einen solchen Kommutator läßt sich Lamellen-Halbzeug in Form von Strangmaterial herkömmlicher Art nutzen, indem beispielsweise gleichzeitig mit dem Ablängen ein abwinkelnder oder abkrümmender Formvorgang auf die Innenlamelle in zumindest eine und dann gleichsinnige Umfangsrichtung vorgesehen wird. Damit werden die fahnenartigen Innenlamellenbereiche gleichsinnig aus der Radialrichtung ausgelenkt. Die entsprechend geformten Lamellen lassen sich ähnlich den herkömmlichen, segmentförmig begrenzten Lamellen in in eine Preßform einsetzen und in dieser ohne zusätzliche Abstützungs- oder Isoliermaßnahmen verpressen.
Im Materialverband des Kommutators finden die einzelnen Lamellen dann eine hakenförmige Aufhängung im inneren, mechanisch wie thermisch weniger kritisch beanspruchten Bereich des Kommutators und werden von daher gehalten. Indem der Innenlamellenbereich zumindest eine der beiden Nachbarlamellen hintergreift, können sich die Lamellen nicht einzeln herauslösen, sondern stützen sich gegeneinander ab.
Vorzugsweise erhält jede Kommutatorlamelle zumindest zwei mit axialem Abstand zueinander in entgegengesetzte Umfangsrichtungen abgebogene Innenlamellen, so daß beide Nachbarlamellen hintergriffen werden und eine breiträumige und symmetrische Verankerung im Innenbereich des Kommutators entsteht. Insbesondere liefern mehrere, in wechselnde Richtungen abgebogene Innenlamellen auch eine axiale Verankerung der Lamellen untereinander, so daß hohe Axialkräfte wie bei Bohrhämmern, Schlagbohrmaschinen und ähnlichen axial hoch beanspruchten Handwerksgeräten besser aufgenommen werden.
Damit ist ein Weg gefunden, aus dem Herstellungsverfahren für normalbelastete Kommutatoren mit geringfügigem zusätzlichem Aufwand eine im übrigen systemgerechte Herstellung von hoch beanspruchbaren Kommutatoren zu schaffen. Wobei die Nutzung herkömmlicher Vormaterialien und Werkzeuge besonders vorteilhaft ist.
Zwar hat es bereits früher Versuche gegeben, Vorsprünge und Eintiefungen an den Lamellen auszugestalten, um einen besseren gegenseitigen Halt zu erzielen. Diese führten allerdings regelmäßig zu sehr komplizierten Querschnittsformen, die nur aufwendig herzustellen sind, für das Verpressen besondere Isolierungseinlagen voraussetzen würden und dementsprechend für eine Großserienfertigung ungeeignet sind.
Profilgestaltungen am Lamellenblock selbst dürften auch im Hinblick auf die Isolierung kritischer und im Hinblick auf die Verankerung weniger wirksam sein als Querverformungen im Bereich von Innenlamellen. Im übrigen waren die vorbekannten Lamellen nur für prismatisch in Achsrichtung durchlaufende Profilgestaltungen geeignet, so daß wechselnd gerichtete Ausformungen mit der Möglichkeit, Axialkräfte aufzunehmen, ausgeschlossen waren.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nach folgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert ist. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Kommutatorlamelle mit zwei gegensinnnig abgebogenen Innenlamellen in perspektivischer Ansicht,
Fig. 2 Kommutatorlamelle mit drei in wechselnde Umfangsrichtungen abgebogenen Innenlamellen und
Fig. 3 Umfangsbereich eines Kommutators mit fünf Kommutatorlamellen nach Fig. 2

In Fig. 1 ist eine insgesamt mit 1 bezeichnete Kommutatorlamelle in perspektivischer Ansicht dargestellt, bei der ein in bekannter herkömmlicher Art trapezförmig gestalteter Blockbereich 2 die an einer Stirnfläche 3 ersichtliche Form hat, bei der eine gerundete Basis 4 dem Kommutatorumfang angeglichen ist und zwei entsprechend dem vorgesehenen Sektorbereich nach oben bzw. innen konvergierende Seitenkanten 5,6 sowie eine obere, quergerichtete Abschlußkante 7 das Profil bestimmen. Das Profil setzt sich im Ausgangsmaterial nach oben durch einen Steg- oder Fahnenbereich fort, welcher beim Ablängen der Kommutatorlamelle von einem Strang Material üblicherweise noch weitergehend ausgestanzt wird, so daß die dadurch gebildete Innenlamelle verdeckt im Kommutator liegt.
Auf ähnliche Weise , d.h. durch entsprechendes Ausstanzen, hat die dargestellte Kommutatorlamelle zwei Innenlamellen 8,9 erhalten, die allerdings nicht mehr in einer Symmetrieebene 10 verlaufen, wie sie durch zwei strichpunktierte Linien skizziert ist, sondern in wechselnde Richtungen ausgebogen sind.
Diese Verformung haben die beiden Innenlamellen beim Stanzvorgang erhalten. Der Stanzvorgang hat auch für einen axialen Abstand der beiden Innenlamellen voneinander und für einen axialen Abstand von den Innenlamellen zu der jeweils nächstgelegenen Stirnseite, wie etwa von der Innenlamelle 8 zur Stirnseite 3 geführt.
Beide Innenlamellen 8,9 weisen, als aus dem gleichen Strangprofil ausgestanzt, gleiche Profilformen auf. Dabei ergibt sich aber eine nach oben hin, d.h. zu einem dem Blockbereich abgelegenen Kopfende 12 hin größere Breite als an einem Ansatzbereich 13 zum Block 2 hin. Diese nach oben hin zunehmende Breite unterstützt, wie noch näher anhand der Fig. 3 zu sehen sein wird, die Verankerung der Innenlamellen 8,9.
Die Innenlamellen 8,9 weisen auch im Bereich des Kopfendes 12 eine größere axiale Länge auf, d.h., die (gekrümmten) Seitenflächen 14 und 15 sind in der Seitenansicht wie auch in einer Abwicklung tapezförmig mit der Basis des Trapezes nach oben. Auch dies dient der besseren Verankerung der Lamelle im Isoliermaterial des Kommutators.
In Fig. 1 sind an der Innenlamelle 15 neben den beiden Kanten 16,17 der stirnseitigen Profilfläche 2 weitere Kanten mit gebrochenen Linien 18,19 angedeutet, die veranschaulichen sollen, daß zur Gestaltung der Verhakungs formen und der Isolierzwischenräume mehr oder weniger stark gekrümmte oder aber fußseitig schärfer abgebogene Innenlamellen vorgesehen werden können.
Die in Fig. 2 dargestellte, insgesamt mit 21 bezeichnete Kupferlamelle weist wiederum einen Block 22 auf, der ganz ähnlich dem Block 2 in Fig. 1 gestaltet ist. Er unterscheidet sich von der vorbeschriebenen Lamelle 1 im wesentlichen dadurch, daß oberseitig drei Innenlamellen 23, 24,25 ausgestanzt wurden, die wechselweise zu unterschiedlichen Seiten abgebogen sind, so daß die Innenlamellen 23 und 25 zu der einen Seite einer Mittelebene vorragen, wie sie durch zwei strichpunktierte Linien 26,27 angedeutet ist, während die dazwischenliegende Innenlamelle 24 zur anderen Seite hinweist. Diese Gestaltung gibt eine noch bessere Verankerung der Innenlamellen in einem fertiggestellten Kommutator mit einer vergleichmäßigten Verteilung der Verankungskräfte und zusätzlichen Kanten zum Abfangen von axialen Kräften, ist allerdings auch beim Einsetzen in eine Preßform präziser zu behandeln.
Die Lage der Lamellen zueinander in einem für das Verpressen zusammengesetzten Zustand zeigt Fig. 3 in einer Stirnansicht. Während die Blöcke 22 der zum Ring nebeneinander angeordneten Kupferlamellen 21 in herkömmlicher Weise innerhalb von ihnen vorgegebenen Sektoren nebeneinanderliegen, hintergreifen die abgebogenen Innenfahnen zur einen oder anderen Seite die benachbarte Lamelle, wobei in der Stirnansicht auch Überdeckungen vorkommen, so daß die Innenlamellen mit Teilflächen in Axialrichtung hintereinanderliegen. Diese Verzahnung der Innenlamellen in jeder Richtung führt zu einer festeren Verankerung der Lamellen, die entsprechende Kommutatoren ohne zusätzliche Armierungsringe geeignet macht, hohe mechanische und thermische Beanspruchungen aufzunehmen. Dabei kann hinsichtlich der Arbeitsweise und der Vorrichtungen auf das für normalbelastbare Kommutatoren Verfügbare zurück gegriffen werden, so daß sich eine ganz wesentliche Rationalisierung der Fertigung hochbelastbarer Kommutatoren ergibt.
Die Montage wird auch durch die systematische Ausrichtung der Innenlamellen erleichtert. Bei gleichartigen Kommutatorlamellen liegen alle Innenlamellen gleicher Querausrichtung in einer gemeinsamen Ringebene. Damit ergeben sich auch in Axialrichtung wohldefinierte Abstände zwischen den Metallteilen und wohldefinierte Materialstärken für die eingepreßte Isoliermasse. Die Trapez- oder Schwalbenschwanzform bei den Lamellen, wie sie insbesondere bei den Innenlamellen 8,9 in Fig. 1 zu erkennen ist, liefert dabei eine besonders gute Verhakung im Innenbereich des Kommutators, in dem die auftretenden Fliehkräfte gering sind und in dem Strombelastungen und Reibbelastungen vom Kommutatorumfang her nur langsam zu thermischen Beanspruchungen führten.

Claims

1. Kommutator mit Kommutatorlamellen, die fächerförmig am Umfang des Kommutators verteilt und ohne Verklammerung mit Metall-Armierungsringen lediglich durch eingepreßte Kunststoff-Isoliermasse gegeneinander distanziert und gebunden sind, wobei die einzelnen Kommutatorlamellen Abschnitte aus einem Profil-Halbzeug sind, dessen Profil einen außenliegenden, vorwiegend trapezförmigen Blockbereich und einen fahnenartig ansetzenden Innenlamellenbereich für zum Kern des Kommutators weisende Innenlamellen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kommutatorlamellen (1,21) jeweils zumindest eine in Umfangsrichtung bis zu einem seitlichen Überstand über den trapezförmigen Blockbereich (2,22) abgebogene Innenlamelle (8,9;23,24,25) vorliegt, wobei die gleichsinnig abgebogenen Innenlamellen in Umfangsrichtung miteinander fluchten.

2. Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Kommutatorlamellen (1) zumindest zwei mit axialem Abstand zueinander in entgegengesetzte Umfangsrichtungen abgebogene Innenlamellen (8,9;23,24,25) umfaßt.

3. Kommutator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenlamellen (8,9; 23,24,25) im Profil bogenförmig gekrümmt sind.

4. Kommutator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenlamellen (8,9) vorwiegend an einem zum Blockbereich gelegenen Ansatz (13) abgewinkelt sind.

5. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenlamellen (8,9) an einem dem Blockbereich abgelegenen Kopfende (12) im Profil breiter als an einem zum Blockbereich gelegenen Ansatz (13) sind.

6. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenlamellen (8,9) an einem dem Blockbereich abgelegenen Kopfende (12) eine größere axiale Länge als einem zum Blockbereich (1) gelegenen Ansatz (13) aufweisen.

7. Kommutator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenlamellen (8,9) zumindest zum Teil in (bezüglich des Kommutators tangentialer) Seitenansicht schwalbenschwanzförmig ausgebildet sind.