EP2016651A1 - Kommutator- rotor einer elektrischen maschine sowie verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Kommutator- rotor einer elektrischen maschine sowie verfahren zu seiner herstellung

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Publication number
EP2016651A1
EP2016651A1 EP07724253A EP07724253A EP2016651A1 EP 2016651 A1 EP2016651 A1 EP 2016651A1 EP 07724253 A EP07724253 A EP 07724253A EP 07724253 A EP07724253 A EP 07724253A EP 2016651 A1 EP2016651 A1 EP 2016651A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
segments
winding
commutation
rotor winding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07724253A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ludvik Kumar
Marjan Drmota
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kolektor Group doo
Original Assignee
Kolektor Group doo
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kolektor Group doo filed Critical Kolektor Group doo
Publication of EP2016651A1 publication Critical patent/EP2016651A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K13/00—Structural associations of current collectors with motors or generators, e.g. brush mounting plates or connections to windings; Disposition of current collectors in motors or generators; Arrangements for improving commutation
    • H02K13/04—Connections between commutator segments and windings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49009—Dynamoelectric machine
    • Y10T29/49011—Commutator or slip ring assembly

Definitions

  • the present invention relates firstly to a method for producing a rotor of a dynamoelectric machine which has a rotor shaft, an armature core, a rotor winding made of insulated winding wire, and a commutation unit having a plurality of carbon segments arranged around the rotor axis. Furthermore, the present invention relates to a rotor of a dynamoelectric machine, comprising a rotor shaft, an armature stack placed thereon, a rotor winding made of insulated winding wire, and a commutation unit having segments made of carbon and arranged around the rotor axis, to which armatures the ends of the rotor winding are directly connected.
  • Dynamoelectric machines in particular direct current electric motors and generators, typically have a rotor which has a rotor shaft, an armature core, a rotor winding made of insulated winding wire, a plurality of coil-shaped individual windings, and a commutation unit with a plurality of segments arranged around the rotor axis.
  • the segments the number of which typically corresponds to the number of individual windings of the rotor winding, thereby defining a generally cylindrical or even brush running surface on which the brushes grind.
  • the segments of the commutation unit are made of copper.
  • the - anchored in an insulating support body - segments typically have connecting hooks, which the elek- trisch conductive connection of the rotor winding serve to the segments of the commutation.
  • a prefabricated commutator is mounted on the rotor shaft, and the ends of the rotor winding, ie, the ends of the individual windings of the rotor winding are welded to the connection hooks.
  • the segments of the commutation are increasingly made of carbon for life reasons, including here in the context of the present application, all known manufacturing methods of graphite or carbon segments (especially from electric charcoal or coal with polymer bond).
  • the present invention seeks to provide a method of manufacturing a practical rotor of a dynamoelectric machine as well as a type of practical rotor of a dynamoelectric machine set forth in its introduction by a special economy , Reliability and longevity and allows particularly compact external dimensions.
  • a rotor of a dynamoelectric machine comprising a rotor shaft, an armature package, a rotor coil made of insulated winding wire, a plurality of individual coil windings, and a carbon plurality commutating unit the rotor axis has arranged segments around, comprising the following steps:
  • a running according to the present invention rotor of the type specified is characterized by a patch on the rotor shaft, arranged axially between the armature core and the Kommut réellesaku insert made of insulating material, which has a number of segments of the Kommut réelleshim corresponding number of approaches, respectively arranged immediately adjacent to an end face portion of the segments of the commutation and at which the bare ends of the individual windings of the rotor winding are fixed by being wound around the associated approach around, wherein in the region of the end face portions of the segments of the commutation the wound around the approaches ends the single windings of the rotor winding under a fixed connection means of the adhesive are contacted directly electrically conductively with the respectively associated segment of the commutation unit.
  • a central feature of the present invention is that the electrically conductive connections between the ends of the individual windings of the rotor winding and the segments of the commutation unit are each made in one (in particular axial) end face portion of the segments of the commutation unit.
  • the ends of the rotor winding are fixed by wrapping the lugs such that they are at the axial Placing the commutation unit on the rotor shaft and / or the insert in the region of the (axial) end face sections of the segments of the commutation directly electrically conductively contacted with these, to produce a solid connection by means of an electrically conductive Adhesivs (solder, adhesive or the like.)
  • Metallic conductor segments as a conductive intermediate between the ends of the rotor winding and the carbon segments are therefore not provided according to the present invention.
  • the contacts of the ends of the rotor winding with the segments of the commutation unit which are particularly sensitive in the case of direct contact of the rotor winding with carbon segments, can be arranged relatively close to the axis of the rotor in application of the invention, so that Individual elements of the contacting act only comparatively low centrifugal forces. Furthermore, the contacts, which are generally limited to said face portions, can be accommodated in a protected manner and may even be encapsulated or encapsulated with plastic or molding material together with the anchor assembly and the rotor winding. Also with regard to the smallest possible dimensions of the rotor, the invention has an advantageous effect.
  • the advantages of the present invention are particularly pronounced; because after winding a single winding of the rotor winding of the winding wire needs only once or possibly several times to be wrapped around the approach of the insert before the winding of the adjacent single winding is started.
  • the removal of the insulation from the winding wire in the region of the ends of the rotor winding can take place, depending on the given characteristics, during the production of the rotor winding or subsequently.
  • the removal of the insulation during the manufacture of the rotor winding ie because between the winding of two successive individual windings has the advantage that the ends of the rotor winding can be largely freed from the insulation, which favors the production of a good contact with the carbon segments; However, in this case, the manufacture of the rotor winding correspondingly takes more time.
  • the removal of the insulation after completion of Wik- kelns the rotor winding leads to practical results and has the advantage that the production of the rotor winding is not delayed. This is particularly favorable from the standpoint of economy. In what way (mechanically, chemically, thermally or otherwise) the insulation of the winding wire takes place in the region of the ends of the rotor winding depends on the conditions of the individual case and depends, for example, on the type of insulation.
  • the ends of the rotor winding are wound around the lugs several times for their fixation on the lugs of the insert and / or drawn into notches provided on the lugs, in which the wire of the rotor winding clamps.
  • This provides a cost-effectively manufacturable reliable fixation of the ends of the rotor winding to the lugs of the insert.
  • said notches do not extend completely around the lugs, but rather only over those portions of lugs that are not immediately adjacent facing the preparation of the electrically conductive connection with the rotor winding end face portions of the segments of the commutation unit.
  • the ends of the rotor winding should expose as much as possible, in order to create optimum conditions for a permanent electrically conductive connection with the segments.
  • soldering e.g soldering
  • the segments of the commutation unit should be previously (partially) known as such. metallize superficially.
  • solder is applied as a paste prior to placement of the Kommut réellesbauteils on the lugs and the fixed there ends of the rotor winding and / or the end surface portions of the segments and heated the unit after mounting the Kommut réellesbauteils to a temperature above the softening temperature of the solder.
  • the commutation component to be mounted has a ring-shaped or sleeve-shaped component. comprises senförmigen carbon blank, wherein the individual segments of the commutation are separated from each other only after the production of the electrically conductive connections of the segments of the commutation with the rotor winding.
  • the commutation component merely consists of an annular or sleeve-shaped carbon blank which is placed on the insert and at least partially encapsulated with plastic, or molding material together with the insert, the armature core and the rotor winding before separation of the individual segments of the commutation unit is overmoulded.
  • the insert centering projections can ensure the correct position, aligned alignment of insert and carbon blank. If the rotor shaft - especially in Kommutleitersticianen with a flat brush surface - impede the separation of the individual segments of the commutation, they can be moved axially in case of need before the separation of the individual segments of the commutation. This is true not only when the rotor shaft on which the rotor is made is a pure assembly shaft, which is then replaced with an operating shaft.
  • the rotor shaft can be temporarily displaced axially in order to be able to separate the segments of the commutation unit that are initially connected to form a closed ring or a closed sleeve.
  • the design features shown above are by no means mandatory.
  • Other embodiments of the invention that are particularly advantageous for certain applications are distinguished by the fact that the commutation component to be mounted has an insulating carrier body and segments of the commutation unit which are already anchored and already isolated in the latter.
  • the commutation unit - with its insulating carrier ger stresses - be mounted on the rotor shaft itself.
  • the use does not necessarily involve a function centering the commutation component or the segments of the commutation unit, as is the case with a carrierless commutation component in the sense described above.
  • the carrier body of the commutation in this case has recesses or windows, which release the (axial) end face sections of the segments serving for the production of the electrically conductive connections between the ends of the rotor winding and the segments of the commutation unit. Since in application of the present invention, the ends of the rotor winding are not connected by a weld to the commutation, the carrier body of the commutation can be inexpensively made of thermoplastic material.
  • the insert has an outer contact surface for the rotor winding which widens conically in the direction of the commutation unit.
  • the insert can limit and define the space available for the manufacture of the rotor winding in this way and support the rotor winding, which is particularly favorable with regard to a particularly compact design. Insert, anchor package and rotor winding can form a compact, solid unit in this way, which can be handled in case of need even without a shaft.
  • FIG. 1 shows an axial section through a first embodiment of a rotor produced in accordance with the present invention of a DC electric motor with a flat brush surface
  • FIGS. 1 and 2 are frontal plan views of the rotor according to FIGS. 1 and 2,
  • Fig. 4 is a perspective view of the insert used for the manufacture of the rotor according to FIGS. 1 to 3 and
  • FIG. 5 shows the use of FIG. 4 from a different perspective.
  • Fig. 6 illustrates the sequence of manufacture of the rotor according to FIGS. 1 to 3 in several stages. Further shows
  • FIG. 7 shows an axial section through a second embodiment of a rotor of a direct-current brushed DC electric motor manufactured in accordance with the present invention
  • FIG. 8 is a perspective view of the commutation component used to make the rotor of FIG. 7.
  • FIG. 8 is a perspective view of the commutation component used to make the rotor of FIG. 7.
  • FIG. 9 shows the commutation component according to FIG. 8 from a different perspective
  • FIG. 10 is a perspective view of the insert used to make the rotor of FIG. 7;
  • 11 shows the insert according to FIG. 10 from a different perspective
  • 12 is a perspective view of the rotor blank prior to assembly of the Kommut istsbauteils and
  • FIG. 13 from another perspective, the rotor blank of FIG. 12 after assembly of the Kommut istsbauteils. Further shows
  • FIG. 14 shows a first axial section through a third embodiment of a rotor of a DC brushed cylindrical rotor made in accordance with the present invention
  • Fig. 15 shows another axial section through the rotor shown in Fig. 14 in another plane
  • FIGS. 14 and 15 shows a perspective view of the insert used for producing the rotor according to FIGS. 14 and 15 and the commutation component to be placed on it. Finally shows
  • Fig. 17 is an axial section through a fourth embodiment of a rotor manufactured in accordance with the present invention of a DC electric motor with a cylindrical brush surface and
  • Fig. 18 shows the rotor of Fig. 17 from a different perspective.
  • the rotor of a dynamoelectric machine illustrated in FIGS. 1 to 6 of the drawing comprises a rotor shaft 1, an armature core 2 mounted thereon, a rotor winding 3 applied to the armature core, and a commutating unit 4.
  • the commutating unit 4 comprises eight carbon-made ones Rotor axis 5 arranged around segments 6, which define a perpendicular to the rotor axis 5 arranged planar brush surface 7.
  • the rotor winding made of insulated winding wire accordingly comprises eight individual coil windings.
  • the illustrated rotor corresponds to the well-known prior art, so that it does not require further explanation.
  • an insert 9 consisting of insulating material 9 with a shaft bore 10 is placed on the rotor shaft 1.
  • the insert 9 rests with an end face 11 against the anchor packet 2. It has an outer contact surface 12 for the rotor winding 3, which widens conically in the direction of the commutation unit 4.
  • the insert 9 has eight projections 13 in the form of radially aligned arm-shaped projections which extend both radially outward over the armature Core 14 survive and compared to the core 14 axially offset in the direction of the segments 6 of the Kommut ist istsein- unit 4.
  • the lugs 13 experience an extension in the form of ribs 15 which project from the end face 18 of the core 14 of the insert 9.
  • the ribs 15 each have a contact surface 16 for the associated segment 6 of the commutation unit 4, wherein the eight contact surfaces 16 lie in a common plane parallel to the brush running surface 7.
  • the lugs 13 notches 19, whose inside diameter is matched to the diameter of the wire used to make the rotor winding, that the winding wire in the region of the ends 8 of the rotor winding several times wrapped around the lugs 13 and clamped in the notches 19 in which it is retracted.
  • the notches 19 are pronounced only in those regions of the projections 13 facing away from the segments 6 of the coring mutation unit 4.
  • the projections 13 have flat trough-shaped recesses 20 which are approximately the same size as the wire used to make the rotor winding back to the contact surfaces 16 and the recording serve several radially juxtaposed windings of the ends 8 of the rotor winding.
  • the segments 6 of the commutation unit 4 which are correspondingly profiled there, are bordered by plastic 22 in which the armature core 2 and the rotor winding 3 are also embedded.
  • the plastic 22 also encloses approaches 13 where not the segments 6 abut against them, and thus contributes in addition to fixing the ends 8 of the rotor winding 3 at the lugs 13 at.
  • Fig. 6 illustrates in step 6.3 the placement of the carbon washer 24 on the insert 9 to make the electrically conductive connections to the ends of the rotor winding in the manner explained above.
  • step 6.4 Connecting, as shown in step 6.4, the assembly of anchor packet 2, rotor winding 3, insert 9 and carbon ring disk 24 with plastic 22 around, wherein the plastic according to the survey of the ribs 15 on the core 14 of the insert 9 also at the bottom the segments 6 abuts and anchored the segments and only the brush surface 7 remains free.
  • the embodiment according to FIGS. 7 to 13 is distinguished from the above-described embodiment according to FIGS. 1 to 6 by the fact that the commutation component 27 to be mounted has an insulating support body 28 and segments 6 of the commutation unit, which are already anchored and already insulated therefrom 4 has.
  • the commutation component 27 is mounted directly on the rotor shaft 1, for which purpose the carrier body 28 has a shaft bore 29.
  • the carrier body of the commutation component has windows 30, which release axial end face sections 21 of the segments 6 of the commutation unit 4 and thus enable the production of electrically conductive connections between the ends of the rotor winding and the segments in the region of those axial end face sections 21.
  • the insert 31 to be mounted on the rotor shaft 1 is adapted for this purpose to the specific design of the commutation component 27.
  • the lugs 32 are designed such that they can enter the windows 30 of the carrier body 28 of the commutation component 27.
  • the aligned alignment of insert 31 and Kommut réellesbauteil 27 is supported by mutually corresponding mating surfaces 33, 34 of substantially conical shape.
  • FIGS. 14 to 16 illustrate a rotor constructed in accordance with the present invention, the commutation unit 4 of which has a cylindrical brush raceway 35.
  • the commutation component 37 to be mounted on the insert 36 in the course of production consists exclusively of a carbon sleeve 38, the inner peripheral surface of which is profiled meander-shaped for the formation of undercut anchor portions 39 for the segments 40.
  • For centering the carbon sleeve 38 on the insert 36 has this not only radially inwardly from the ribs 41 axially projecting centering projections 42, but also also centering nubs 43 which receive in pairs between them an anchor portion 39 and thus an exact angular orientation of the carbon sleeve 38 and Ensure insert 36 to each other.
  • the commutation component 47 to be mounted directly on the rotor shaft 1 has an insulating carrier body 48 and individual carbon segments 49 anchored therein.
  • the carrier body 48 has recesses 50 which release axial end surface portions 21 of the segments 49 in order to enable the production of electrically conductive connections between the ends 8 of the rotor winding 3 and the segments 49 in the region of those axial end surface portions 21.
  • the to be mounted on the rotor shaft 1 insert 51 is adapted for this purpose to the specific design of the Kommut réellesbauteils 47.
  • the lugs 52 are designed so that they can enter into the recesses 50 of the carrier body 48 of the commutation 47.

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Abstract

Ein Rotor weist einen Kommutator (4) aus Kohlenstoff auf. Zur Herstellung des Rotors wird ein isolierender Halter (9) auf die Rotorwelle (1) aufgesetzt. Der Halter (9) besitzt Ansätze (13), um die die Wicklungsenden (8) der Rotorspulen (3) gewickelt werden, anschliessendem Entfernen der Isolation werden die Wicklungsenden (8) mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff versehen. Der Kommutator (4) wird nun auf die Ansätze (13) mit den Wicklungsenden (8) aufgesetzt. Durch diesen Vorgang werden die Wicklungsenden (8) mit den jeweiligen Kommutatorsegmenten (6) mechanisch und elektrisch direkt verbunden.

Description

KOMMUTATOR-ROTOR EINER ELEKTRISCHEN MASCHINE SOWIE VERFAHREN ZU SEINER HERSTELLUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft zum einen ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer dynamoelektrischen Maschine, welcher eine Rotorwelle, ein Ankerpaket, eine aus isoliertem Wicklungsdraht hergestellte Rotorwicklung und eine Kommutierungseinheit mit einer Mehrzahl von aus Kohlenstoff bestehenden, um die Rotorachse herum angeordneten Segmenten aufweist. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Rotor einer dynamoelektrischen Maschine, umfassend eine Rotorwelle, ein auf dieser aufgesetztes Ankerpaket, eine auf das Ankerpaket aufgebrachte, aus isoliertem Wicklungsdraht hergestellte Rotorwicklung und eine Kommutierungseinheit mit aus Kohlenstoff bestehenden, um die Rotorachse herum angeordneten Segmenten, an welche die Enden der Rotorwicklung direkt angeschlossen sind.
Dynamoelektrische Maschinen wie insbesondere Gleichstrom- Elektromotoren und Generatoren verfügen typischerweise über einen Rotor, welcher eine Rotorwelle, ein Ankerpaket, eine aus isoliertem Wicklungsdraht hergestellte, mehrere spulen- förmige Einzelwicklungen umfassende Rotorwicklung und eine Kommutierungseinheit mit einer Mehrzahl von um die Rotorachse herum angeordneten Segmenten aufweist. Die Segmente, deren Anzahl typischerweise der Anzahl der Einzelwicklungen der Rotorwicklung entspricht, definieren dabei eine im allgemeinen zylindrische oder ebene Bürstenlauffläche, auf der die Bürsten schleifen.
Bei verbreitet eingesetzten dynamoelektrischen Maschinen bestehen die Segmente der Kommutierungseinheit aus Kupfer. Die - in einem isolierenden Trägerkörper verankerten - Segmente weisen dabei typischerweise Anschlußhaken auf, die dem elek- trisch leitenden Anschluß der Rotorwicklung an die Segmente der Kommutierungseinheit dienen. Im allgemeinen wird dabei jeweils ein vorgefertigter Kommutator auf der Rotorwelle montiert, und die Enden der Rotorwicklung, d.h. die Enden der Einzelwicklungen der Rotorwicklung werden mit den Anschlußhaken verschweißt .
Für bestimmte Anwendungen (z.B. bei umströmten, dem Antrieb von Kraftstoffpumpen dienenden Gleichstrommotoren) werden die Segmente der Kommutierungseinheit aus Gründen der Lebensdauer zunehmend aus Kohlenstoff gefertigt, wobei hierunter im Rahmen der vorliegenden Anmeldung sämtliche bekannten Herstellungsweisen von Graphit- oder Carbonsegmenten (insbesondere aus Elektrokohle oder Kohle mit Polymerbindung) verstanden werden. Die Herstellung von Rotoren für dynamoelektrische Maschinen solcher Anwendungen erfolgt typischerweise in entsprechender Weise wie vorstehend im Zusammenhang mit Kupferkommutatoren dargelegt mit der Maßgabe, daß bei den vorgefertigten Kohlekommutatoren die Segmente der Kommutierungseinheit auf geeignete Weise elektrisch leitend mit metallischen Leitersegmenten verbunden sind, welche in dem Trägerkörper des betreffenden Kommutators verankert sind und Anschlußhaken für die Enden der Rotorwicklung aufweisen (vgl. z.B. DE 19525584 Al, EP 1075727 Bl, DE 10127784 Al, DE 19956844 Al) . Alternativ wurde vorgeschlagen, die Kohle-Segmente der Kommutierungseinheit direkt an dem isolierenden Trägerkörper zu verankern und die die Anschlußhaken aufweisenden metallischen Leitersegmente an den Segmenten des betreffenden Kommutators zu fixieren (JP 08065966 A) .
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden (JP 2000208225 A) bei einem Kohlekommutator auf metallische Leitersegmente ganz zu verzichten und die Enden der Rotorwicklung direkt an die - an dem isolierenden Trägerkörper verankerten - Segmente der Kommutierungseinheit anzuschließen, und zwar im Bereich von an die Segmente angeformten Klauen. Für die Herstellung von Rotoren mit solchen Kohlekommutatoren gelten die vorstehenden Erläuterungen in entsprechender Weise.
Weiterhin ist zur Herstellung eines Rotors der eingangs genanten Art, bei dem die (walzenförmige) Kommutierungseinheit KohlenstoffSegmente umfaßt, bereits vorgeschlagen worden, auf der Rotorwelle vor der Montage der eigentlichen Kommutierungseinheit und vor der Herstellung der Rotorwicklung ein kappen- bzw. glockenförmiges Montageelement anzubringen (vgl. US 3532913) . An diesem Element , welches die später zu montierende Kommutierungseinheit an ihrer die Bürstenlauffläche bildenden äußeren Umfangsflache umgreift, werden die Enden der Einzelwicklungen der Rotorwicklung relativ zu den Segmenten der später zu montierenden Kommutierungseinheit lagerichtig positioniert, und zwar mittels Bohrungen bzw. Schlitzen. Beim Einsetzen der vorgefertigten Kommutierungseinheit in das Montageelement wird durch einen mechanischen Klemmkontakt eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Enden der Rotorwicklung und den Segmenten der Kommutierungseinheit hergestellt .
Ein ähnliches Konzept, bei dem - zur Vermeidung einer Schweiß- oder Lötverbindung zwischen den Enden der Rotorwicklung und den Segmenten der Kommutierungseinheit - allein ein mechanischer Klemmkontakt vorgesehen ist, ist auch im Zusammenhang mit Rotoren, deren Kommutierungseinheit Metallsegmente aufweist, vorgeschlagen worden (JP 09009584 A und DE 4026025 B4) .
Schließlich wurde vorgeschlagen (US 3551716 und DE 1910611 A) , einen Rotor einer dynamoelektrischen Maschine mit einem leicht auswechselbaren, aus einem isolierenden Trägerkörper und KohlenstoffSegmenten bestehenden Walzenkommutator auszustatten. Auf der Rotorwelle ist zu diesem Zweck zwischen der Rotorwicklung und dem Kommutator eine Trägerscheibe aus isolierendem Material mit daran angebrachten metallischen Lei- tersegmenten befestigt, an denen endseitig die Enden der Rotorwicklung fixiert werden. Die durch die Trägerscheibe in Richtung auf den Kommutator hindurchtretenden Köpfe der Leitersegmente kontaktieren die Segmente der Kommutierungs- einheit stirnseitig, wenn der Kommutator auf die Rotorwelle aufgesteckt wird, wobei die Kontaktierung durch die federnde Nachgiebigkeit der Trägerscheibe (US 3551716) oder der Leitersegmente (DE 1910611 A) sichergestellt wird.
Gegenüber dem vorstehend dargelegten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein seiner Art nach einleitend dargelegtes Verfahren zur Herstellung eines praxistauglichen Rotors einer dynamoelektrischen Maschine sowie einen seiner Art nach einleitend dargelegten praxistauglichen Rotor einer dynamoelektrischen Maschine bereitzustellen, der sich durch eine besondere Wirtschaftlichkeit, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit auszeichnet und besonders kompakte Außenabmessungen zuläßt .
Gelöst wird diese Aufgabenstellung gemäß der vorliegenden Erfindung, indem das Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer dynamoelektrischen Maschine, welcher eine Rotorwelle, ein Ankerpaket, eine aus isoliertem Wicklungsdraht hergestellte, mehrere spulenförmige Einzelwicklungen umfassende Rotorwicklung und eine Kommutierungseinheit mit einer Mehrzahl von aus Kohlenstoff bestehenden, um die Rotorachse herum angeordneten Segmenten aufweist, die folgenden Schritte umfaßt:
- Aufsetzen des Ankerpakets auf die Rotorwelle;
- Aufsetzen eines aus isolierendem Material bestehenden Einsatzes, welcher eine der Anzahl der Segmente der Kommutierungseinheit entsprechende Anzahl von Ansätzen aufweist, auf die Rotorwelle;
- Aufbringen der Rotorwicklung auf das Ankerpaket, Fixieren der Enden der Einzelwicklungen der Rotorwicklung an den Ansätzen des Einsatzes, indem die Enden jeder Einzelwicklung der Rotorwicklung um den jeweils zugeordneten Ansatz des Einsatzes gewickelt werden, und Entfernen der Isolation von dem Wicklungsdraht an den Enden der Einzelwicklungen der Rotorwicklung;
- Aufbringen eines elektrisch leitfähigen Adhesivs auf die um die Ansätze herum gewickelten blanken Enden der Einzelwicklungen der Rotorwicklung und/oder an einer Stirnfläche eines die Segmente der Kommutierungseinheit umfassenden ICommμtierungslDau_te_i].s ; _ ^ _ __
- Aufsetzen des Kommutierungsbauteils auf die Rotorwelle und/oder den Einsatz dergestalt, daß die Ansätze des Einsatzes jeweils unmittelbar benachbart einem Stirnflächenabschnitt der Segmente der Kommutierungseinheit zu liegen kommen, wobei im Bereich der Stirnflächenabschnitte der Segmente der Kommutierungseinheit die um die Ansätze herum gewickelten Enden der Einzelwicklungen der Rotorwicklung direkt elektrisch leitend mit dem jeweils zugeordneten Segment der kommutierungseinheit kontaktiert werden.
Ein nach der vorliegenden Erfindung ausgeführter Rotor der eingangs angegebenen Art zeichnet sich durch einen auf die Rotorwelle aufgesetzten, axial zwischen dem Ankerpaket und der Kommutierungseinheit angeordneten Einsatz aus isolierendem Material aus, welcher eine der Anzahl der Segmente der Kommutierungseinheit entsprechende Anzahl von Ansätzen aufweist, die jeweils unmittelbar benachbart einem Stirnflächenabschnitt der der Segmente der Kommutierungseinheit angeordnet und an denen die blanken Enden der Einzelwicklungen der Rotorwicklung fixiert sind, indem sie jeweils um den zugeordneten Ansatz herum gewickelt sind, wobei im Bereich der Stirnflächenabschnitte der Segmente der Kommutierungseinheit die um die Ansätze herum gewickelten Enden der Einzelwicklungen der Rotorwicklung unter einer festen Verbindung mittels des Adhesivs direkt elektrisch leitend mit dem jeweils zugeordneten Segment der Kommutierungseinheit kontaktiert sind.
Ein zentrales Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, daß die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Enden der Einzelwicklungen der Rotorwicklung und den Segmenten der Kommutierungseinheit jeweils in einem (insbesondere axialen) Stirnflächenabschnitt der Segmente der Kommutierungseinheit hergestellt werden. Hierzu weist der aus isolierendem Material bestehende, auf die Rotorwelle aufgesetzte Einsatz eine der Anzahl der Segmente der Kommutierungseinheit entsprechende Anzahl von Ansätzen auf, welche bei der weiteren Montage, nämlich beim axialen Aufsetzen der Kommutierungseinheit auf die Rotorwelle und/oder den Einsatz, jeweils unmittelbar benachbart einem Stirnflächenabschnitt der Segmente der Kommutierungseinheit zu liegen kommen. An den i.a. armförmigen Ansätzen des Einsatzes, deren radiale Erstreckung geringer ist als der Radius des Kommutierungsbauteils und die somit nicht radial über das Kommutierungsbauteil bzw. die daraus hervorgehende Kommutierungseinheit überstehen, sind die Enden der Rotorwicklung durch Umwickeln der Ansätze dergestalt fixiert, daß sie beim axialen Aufsetzen der Kommutierungseinheit auf die Rotorwelle und/oder den Einsatz im Bereich der (axialen) Stirnflächenabschnitte der Segmente der Kommutierungseinheit direkt elektrisch leitend mit diesen kontaktiert werden, und zwar unter Herstellung einer festen Verbindung mittels eines elektrisch leitenden Adhesivs (Lot, Klebstoff oder dergl . ) . Metallische Leitersegmente als leitfähiges Zwischenglied zwischen den Enden der Rotorwicklung und den Kohlenstoff-Segmenten sind demgemäß nach der vorliegenden Erfindung nicht vorgesehen. Die Kontaktierungen der Enden der Rotorwicklung mit den Segmenten der Kommutierungseinheit, die namentlich im Falle einer direkten Kontak- tierung der Rotorwicklung an KohlenstoffSegmenten besonders empfindlich sind, lassen sich in Anwendung der Erfindung relativ nahe der Achse des Rotors anordnen, so daß auf die ein- zelnen Elemente der Kontaktierung nur vergleichsweise geringe Fliehkräfte wirken. Ferner lassen sich die Kontaktierungen, die i.a. auf die genannten Stirnflächenabschnitte beschränkt sind, geschützt unterbringen und ggfs. sogar gemeinsam mit dem Ankerpaket und der Rotorwicklung mit Kunststoff oder Preßstoff umgießen bzw. umspritzen. Auch im Hinblick auf möglichst kleine Abmessungen des Rotors wirkt sich die Erfindung vorteilhaft aus. Und die Montage der Kommutierungseinheit erst nach der Herstellung der Rotorwicklung und der Fixierung der Enden der Rotorwicklung an den Ansätzen des Einsatzes beugt einer Beschädigung der empfindlichen Kohlenstoffsegmen- te während des Handlings des Rotorrohlings vor.
Die Angabe, wonach die Enden der Rotorwicklung, d.h. die Enden der Einzelwicklungen der Rotorwicklung an den Ansätzen des Einsatzes durch Umwickeln fixiert werden, darf nicht einschränkend dahingehend interpretiert werden, daß der Wicklungsdraht, aus dem die Einzelwicklungen fortlaufend, ohne Unterbrechung, an einem Stück hergestellt werden können, jeweils zwischen zwei Einzelwicklungen durchtrennt werden muß. Vielmehr kann ein Ende einer Einzelwicklung im Bereich seiner Fixierung an dem betreffenden Ansatz des Einsatzes unterbrechungsfrei in ein Ende der benachbarten, anschließend gewik- kelten Einzelwicklung übergehen. Gerade in diesem Fall zeigen sich die Vorteile der vorliegenden Erfindung besonders ausgeprägt; denn nach dem Wickeln einer Einzelwicklung der Rotorwicklung braucht der Wicklungsdraht nur einmal oder ggf. mehrmals um den Ansatz des Einsatzes herumgelegt zu werden, bevor mit dem Wickeln der benachbarten Einzelwicklung begonnen wird.
Das Entfernen der Isolierung von dem Wicklungsdraht im Bereich der Enden der Rotorwicklung kann, je nach den gegebenen Besonderheiten, während der Herstellung der Rotorwicklung oder aber im Anschluß hieran erfolgen. Das Entfernen der Isolation während der Herstellung der Rotorwicklung, d.h. je- weils zwischen dem Wickeln zweier aufeinanderfolgender Einzelwicklungen hat den Vorteil, daß die Enden der Rotorwicklung großflächig von der Isolierung befreit werden können, was die Herstellung eines guten Kontakts zu den Kohlenstoffsegmenten begünstigt; allerdings nimmt in diesem Falle das Herstellen der Rotorwicklung entsprechend mehr Zeit in Anspruch. Das Entfernen der Isolierung nach Abschluß des Wik- kelns der Rotorwicklung führt zu praxisgerechten Ergebnissen und hat den Vorteil, daß die Herstellung der Rotorwicklung nicht verzögert wird. Dies ist unter Gesichtspunkten der Wirtschaftlichkeit besonders günstig. Auf welche Weise (mechanisch, chemisch, thermisch oder auf sonstige Weise) die Isolierung des Wicklungsdrahtes im Bereich der Enden der Rotorwicklung erfolgt, richtet sich nach den Bedingungen des Einzelfalls und hängt beispielsweise von der Art der Isolierung ab .
Während sich die vorliegende Erfindung prinzipiell unabhängig von der Geometrie der Bürstenlauffläche (eben, zylindrisch oder in sonstiger Weise) anwenden läßt, erweist sie sich, wie aus den folgenden Erläuterungen ersichtlich wird, als besonders vorteilhaft im Zusammenhang Kommutierungseinheiten mit einer ebenen Bürstenlauffläche, d.h. bei Anwendungen, bei denen herkömmlicherweise Kohlenstoff-Plankommutatoren zum Einsatz kamen bzw. kommen.
Gemäß bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung werden die Enden der Rotorwicklung zu ihrer Fixierung an den Ansätzen des Einsatzes mehrfach um die Ansätze gewickelt und/oder in an den Ansätzen vorgesehene Kerben, in denen der Draht der Rotorwicklung festklemmt, eingezogen. Dies stellt eine kostengünstig herstellbare zuverlässige Fixierung der Enden der Rotorwicklung an den Ansätzen des Einsatzes bereit. Die genannten Kerben erstrecken sich besonders bevorzugt nicht vollständig um die Ansätze herum, sondern vielmehr lediglich über diejenigen Bereiche der Ansätze, die nicht unmittelbar den der Herstellung der elektrisch leitenden Verbindung mit der Rotorwicklung dienenden Stirnflächenabschnitte der Segmente der Kommutierungseinheit gegenüberstehen. Dort sollten nämlich die Enden der Rotorwicklung möglichst weitgehend freiliegen, um optimale Voraussetzungen für eine dauerhafte elektrisch leitende Verbindung mit den Segmenten zu schaffen.
Im Zusammenhang mit der Möglichkeit, daß die Herstellung der elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Enden der Rotorwicklung und den Segmenten der Kommutierungseinheit unmittelbar beim Aufsetzen des Kommutierungsbauteils erfolgt, erweist sich als besonders günstig, wenn jene elektrisch leitenden Verbindungen mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffes hergestellt, gesichert bzw. unterstützt werden. Dies ist besonders vorteilhaft, weil es in diesem Falle keiner Oberflächenmetallisierung der Segmente der Kommutierungs- einheit bedarf. Der Leitkleber wird vor dem Aufsetzen des Kommutierungsbauteils auf die Ansätze und die dort fixierten (blanken) Enden der Rotorwicklung und/oder die Stirnflächenabschnitte der Segmente aufgetragen. Sollen indessen zur Herstellung, Sicherung bzw. Unterstützung der elektrisch leitenden Verbindungen der Enden der Rotorwicklung mit den Segmenten der Kommutierungseinheit andere als solche bekannte Verfahren (z.B. Lötung) eingesetzt werden, empfiehlt sich, die Segmente der Kommutierungseinheit zuvor auf als solches bekannte Weise (partiell) oberflächlich zu metallisieren. Zweckmäßigerweise wird Lot als Paste vor dem Aufsetzen des Kommutierungsbauteils auf die Ansätze und die dort fixierten Enden der Rotorwicklung und/oder die Stirnflächenabschnitte der Segmente aufgetragen und die Einheit nach dem Montieren des Kommutierungsbauteils auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Lots erwärmt.
In mehrfacher Hinsicht ist besonders günstig, wenn, gemäß einer abermals anderen Weiterbildung der Erfindung, das zu montierende Kommutierungsbauteil einen ringförmigen oder hül- senförmigen Kohlenstoffrohling umfaßt, bei dem die einzelnen Segmente der Kommutierungseinheit erst nach dem Herstellen der elektrisch leitenden Verbindungen der Segmente der Kommutierungseinheit mit der Rotorwicklung voneinander getrennt werden. Außerordentliche Vorteile ergeben sich insoweit, wenn das Kommutierungsbauteil lediglich aus einem ringförmigen oder hülsenförmigen Kohlenstoffrohling besteht, der auf den Einsatz aufgesetzt und vor der Trennung der einzelnen Segmente der Kommutierungseinheit zumindest teilweise gemeinsam mit dem Einsatz, dem Ankerpaket und der Rotorwicklung mit Kunststoff oder Preßstoff umgössen bzw. umspritzt wird. An dem Einsatz vorgesehene Zentriervorsprünge können dabei die lagerichtige, zueinander fluchtende Anordnung von Einsatz und Kohlenstoffrohling sicherstellen. Sollte die Rotorwelle - insbesondere bei Kommutierungseinheiten mit ebener Bürstenlauffläche - das Trennen der einzelnen Segmente der Kommutierungseinheit behindern, kann sie im Bedarfsfalle vor der Trennung der einzelnen Segmente der Kommutierungseinheit axial verschoben werden. Dies gilt nicht nur, wenn es sich bei der Rotorwelle, auf der der Rotor gefertigt wird, um eine reine Montagewelle handelt, die anschließend gegen eine Betriebswelle ausgetauscht wird. Auch dann, wenn der Rotor von Anfang an auf der Betriebswelle gefertigt wird, kann die Rotorwelle vorübergehend axial verschoben werden, um die die zunächst zu einem geschlossenen Ring bzw. einer geschlossenen Hülse miteinander verbundenen Segmente der Kommutierungseinheit trennen zu können.
Die vorstehend aufgezeigten Gestaltungsmerkmale sind allerdings keineswegs zwingend. Andere für bestimmte Anwendungs- fälle besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, daß das zu montierende Kommutierungsbauteil einen isolierenden Trägerkörper und in diesem verankerte, bereits getrennte und gegeneinander isolierte Segmente der Kommutierungseinheit aufweist. In diesem Falle kann die Kommutierungseinheit - mit ihrem isolierenden Trä- gerkörper - auf der Rotorwelle selbst montiert werden. Dem Einsatz kommt jedenfalls nicht zwingend eine das Kommutierungsbauteil bzw. die Segmente der Kommutierungseinheit zentrierende Funktion zu, wie dies bei einem trägerlosen Kommutierungsbauteil in dem vorstehend beschriebenen Sinne der Fall ist. Der Trägerkörper des Kommutierungsbauteils weist in diesem Falle Aussparungen bzw. Fenster auf, welche die der Herstellung der elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Enden der Rotorwicklung und den Segmenten der Kommutierungseinheit dienenden (axialen) Stirnflächenabschnitte der Segmente freigeben. Da in Anwendung der vorliegenden Erfindung die Enden der Rotorwicklung nicht durch eine Schweißung an die Kommutierungseinheit angeschlossen werden, kann der Trägerkörper des Kommutierungsbauteils kostengünstig aus thermoplastischem Material hergestellt werden.
Gemäß einer abermals anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Einsatz eine sich in Richtung auf die Kommutierungseinheit hin im wesentlichen konisch erweiternde äußere Anlagefläche für die Rotorwicklung aufweist . Der Einsatz kann auf diese Weise den für die Herstellung der Rotorwicklung bereitstehenden Raum begrenzen und definieren und die Rotorwicklung stützen, was im Hinblick auf eine besonders kompakte Bauweise besonders günstig ist. Einsatz, Ankerpaket und Rotorwicklung können auf diese Weise eine kompakte, feste Einheit bilden, die im Bedarfsfalle sogar ohne Welle gehandhabt werden kann .
Wenngleich die ausgeprägten Vorteile der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend dargelegt und auch aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich, insbesondere bei Rotoren zum Ausdruck kommen, deren Kommutierungseinheit Kohlenstoffseg- mente umfaßt, so ist doch die Übertragung entsprechender Gestaltungsmerkmale auf Rotoren mit Kommutierungseinheiten mit Metallsegmenten nicht prinzipiell ausgeschlossen. Die Anmelderin behält sich aus diesem Grunde vor, auf geeignete Weise (z.B. über eine Teilanmeldung oder die Beanspruchung der Priorität der vorliegenden Anmeldung) auch für eine entsprechende Abwandlung der hier dargelegten Zusammenhänge durch Anwendung auf solche Rotoren mit Kommutierungseinheiten mit Metallsegmenten Schutz zu beanspruchen.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von vier in der Zeichnung veranschaulichten bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform eines in Anwendung der vorliegenden Erfindung hergestellten Rotors eines Gleichstrom-Elektromotors mit ebener Bürstenlauffläche,
Fig. 2 einen weiteren Axialschnitt durch den in Fig. 1 gezeigten Rotor in einer anderen Ebene,
Fig. 3 eine stirnseitige Draufsicht auf den Rotor gemäß den Fig. 1 und 2,
Fig. 4 in perspektivischer Ansicht den zur Herstellung des Rotors nach den Fig. 1 bis 3 verwendeten Einsatz und
Fig. 5 den Einsatz nach Fig. 4 aus einer anderen Perspektive .
Fig. 6 veranschaulicht den Ablauf der Herstellung des Rotors nach den Fig. 1 bis 3 in mehreren Stufen. Weiterhin zeigt
Fig. 7 einen Axialschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines in Anwendung der vorliegenden Erfindung hergestellten Rotors eines Gleichstrom-Elektromotors mit ebener Bürstenlauffläche,
Fig. 8 in perspektivischer Ansicht das zur Herstellung des Rotors nach Fig. 7 verwendete Kommutierungsbauteil,
Fig. 9 das Kommutierungsbauteil nach Fig. 8 aus einer anderen Perspektive,
Fig. 10 in perspektivischer Ansicht den zur Herstellung des Rotors nach Fig. 7 verwendeten Einsatz,
Fig. 11 den Einsatz nach Fig. 10 aus einer anderen Perspektive, Fig. 12 in perspektivischer Ansicht den Rotorrohling vor der Montage des Kommutierungsbauteils und
Fig. 13 aus einer anderen Perspektive den Rotorrohling nach Fig. 12 nach der Montage des Kommutierungsbauteils. Weiterhin zeigt
Fig. 14 einen ersten Axialschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines in Anwendung der vorliegenden Erfindung hergestellten Rotors eines Gleichstrom- Elektromotors mit zylindrischer Bürstenlauffläche,
Fig. 15 einen weiteren Axialschnitt durch den in Fig. 14 gezeigten Rotor in einer anderen Ebene und
Fig. 16 in perspektivischer Ansicht den zur Herstellung des Rotors nach den Fig. 14 und 15 verwendeten Einsatz und das auf diesen aufzusetzende Kommutierungsbauteil. Schließlich zeigt
Fig. 17 einen Axialschnitt durch eine vierte Ausführungsform eines in Anwendung der vorliegenden Erfindung hergestellten Rotors eines Gleichstrom-Elektromotors mit zylindrischer Bürstenlauffläche und
Fig. 18 den Rotor nach Fig. 17 aus einer anderen Perspektive.
Der in den Fig. 1 bis 6 der Zeichnung veranschaulichte Rotor einer dynamoelektrischen Maschine umfaßt eine Rotorwelle 1, ein auf dieser aufgesetztes Ankerpaket 2, eine auf das Ankerpaket aufgebrachte Rotorwicklung 3 und eine Kommutierungseinheit 4. Die Kommutierungseinheit 4 umfaßt acht aus Kohlenstoff bestehende, um die Rotorachse 5 herum angeordnete Segmente 6, welche eine senkrecht zur Rotorachse 5 angeordnete ebene Bürstenlauffläche 7 definieren. Die aus isoliertem Wicklungsdraht hergestellte Rotorwicklung umfaßt demgemäß acht spulenförmige Einzelwicklungen. In diesem Umfang entspricht der dargestellte Rotor dem hinlänglich bekannten Stand der Technik, so daß es weiterer Erläuterungen nicht bedarf. Für den direkten Anschluß der Enden 8 der Einzelwicklungen der Rotorwicklung 3 an den Segmenten 6 der Kommutierungseinheit 4 ist auf die Rotorwelle 1 ein aus isolierendem Material bestehender Einsatz 9 mit einer Wellenbohrung 10 aufgesetzt. Der Einsatz 9 liegt mit einer Stirnfläche 11 an dem Ankerpaket 2 an. Er verfügt über eine sich in Richtung auf die Komm- mutierungseinheit 4 hin im wesentlichen konisch erweiternde äußere Anlagefläche 12 für die Rotorwicklung 3. Ferner weist der Einsatz 9 acht Ansätze 13 in Form von radial ausgerichteten armförmigen Vorsprüngen auf, welche sowohl radial nach außen über den Kern 14 überstehen als auch gegenüber dem Kern 14 axial in Richtung auf die Segmente 6 der Kommutierungsein- heit 4 versetzt sind. Radial nach innen erfahren die Ansätze 13 eine Verlängerung in Form von Rippen 15, welche von der Stirnseite 18 des Kerns 14 des Einsatzes 9 vorspringen. Die Rippen 15 weisen jeweils eine Anlagefläche 16 für das zugeordnete Segment 6 der Kommutierungseinheit 4 auf, wobei die acht Anlageflächen 16 in einer gemeinsamen, zu der Bürstenlauffläche 7 parallelen Ebene liegen. Radial innen stehen von den Rippen Zentriervorsprünge 17 ab, an welchen jeweils die Segmente 6 der Kommutierungseinheit 4 mit ihren radial inneren Kanten anliegen.
Zur Fixierung der Enden 8 der Rotorwicklung an den Ansätzen 13 des Einsatzes 9 weisen die Ansätze 13 Kerben 19 auf, deren lichte Weite derart auf den Durchmesser des zur Herstellung der Rotorwicklung verwendeten Drahtes abgestimmt ist, daß der Wicklungsdraht im Bereich der Enden 8 der Rotorwicklung mehrfach um die Ansätze 13 herum gewickelt und in den Kerben 19, in die er eingezogen wird, festgeklemmt wird. Ausgeprägt sind die Kerben 19 nur in denjenigen von den Segmenten 6 der Koram- mutierungseinheit 4 abgewandten Bereichen der Ansätze 13. Den Segmenten 6 zugewandt weisen die Ansätze 13 demgegenüber flache muldenförmige Vertiefungen 20 auf, die etwa um die Stärke des zur Herstellung der Rotorwicklung verwendeten Drahtes gegenüber den Anlageflächen 16 zurückspringen und der Aufnahme mehrerer radial nebeneinander angeordneter Umwicklungen der Enden 8 der Rotorwicklung dienen.
Die Kontaktierung der Segmente 6 der Kommutierungseinheit 4 mit den Enden 8 der Rotorwicklung 3 erfolgt im Bereich von Stirnflächenabschnitten 21 der Segmente 6. Hier werden, ohne daß die entsprechende Oberfläche der Segmente metallisiert wäre, die von ihrer Isolierung befreiten, um die Ansätze 13 herum gewickelten Enden 8 der Rotorwicklung unter Verwendung von elektrisch leitfähigem Kleber an den Segmenten 6 angeschlossen.
Radial außen sowie radial innen sind die - dort entsprechend profilierten - Segmente 6 der Kommutierungseinheit 4 von Kunststoff 22 eingefaßt, in welchen auch das Ankerpaket 2 und die Rotorwicklung 3 eingebettet sind. Der Kunststoff 22 umschließt dabei auch Ansätze 13 dort, wo nicht die Segmente 6 an ihnen anliegen, und trägt auf diese Weise zusätzlich zu Fixierung der Enden 8 der Rotorwicklung 3 an den Ansätzen 13 bei .
Für die Herstellung des in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Rotors ist charakteristisch, daß das Kommutierungsbauteil 23, welches auf den Einsatz 9 aufgesetzt wird, lediglich aus einer Kohlenstoff-Ringscheibe 24 besteht. Fig. 6 veranschaulicht im Schritt 6.3 das Aufsetzen der Kohlenstoff-Ringscheibe 24 auf den Einsatz 9 unter Herstellung der elektrisch leitenden Verbindungen zu den Enden der Rotorwicklung in der weiter oben erläuterten Weise. Anschließen wird, wie in Schritt 6.4 gezeigt, die Baugruppe aus Ankerpaket 2, Rotorwicklung 3, Einsatz 9 und Kohlenstoff-Ringscheibe 24 mit Kunststoff 22 umgössen, wobei der Kunststoff gemäß der Erhebung der Rippen 15 über den Kern 14 des Einsatzes 9 auch an der Unterseite der Segmente 6 anliegt und die Segmente verankert und lediglich die Bürstenlauffläche 7 frei bleibt. In den Kunststoff 22 wird eine gegenüber dem Einsatz 9 auf die Rotorwelle 1 aufge- setzte Hülse 25 eingegossen; diese beugt einer Beschädigung des Kunststoffes 22 beim Herauspressen der Rotorwelle 1 vor. Nachdem die Rotorwelle entfernt worden ist, wird die Kohlenstoff-Ringscheibe 14 mittels Radialschnitten zersägt, um die einzelnen Segmente 6 der Kommutierungseinheit voneinander zu trennen und gegeneinander zu isolieren (Schritt 6.5) . Abschließend wird als endgültige Rotorwelle 1 die Betriebswelle montiert (Schritt 6.6) . Um die Kommutierungseinheit 4 beim Einpressen der Betriebswelle nicht zu beschädigen, weist der aus Kunststoff 22 hergestellte Körper eine Schulter 26 auf, an der sich der Körper beim Einpressen der Betriebswelle abstützt .
Die Ausführungsform gemäß den Fig. 7 bis 13 zeichnet sich gegenüber der vorstehend erläuterten Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 6 dadurch aus, daß das zu montierende Kommutierungsbauteil 27 einen isolierenden Trägerkörper 28 und in diesem verankerte, bereits getrennte und gegeneinander isolierte Segmente 6 der Kommutierungseinheit 4 aufweist. Das Kommutierungsbauteil 27 wird direkt auf der Rotorwelle 1 montiert, zu welchem Zweck der Trägerkörper 28 eine Wellenbohrung 29 aufweist. Ferner weist der Trägerkörper des Kommutierungsbauteils Fenster 30 auf, welche axiale Stirnflächenabschnitte 21 der Segmente 6 der Kommutierungseinheit 4 freigeben und auf diese Weise die Herstellung von elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Enden der Rotorwicklung und den Segmenten im Bereich eben jener axialen Stirnflächenabschnitte 21 ermöglichen.
Der auf der Rotorwelle 1 zu montierende Einsatz 31 ist zu diesem Zweck an die spezifische Ausführung des Kommutierungs- bauteils 27 angepaßt. Die Ansätze 32 sind so ausgeführt, daß sie in die Fenster 30 des Trägerkörpers 28 des Kommutierungs- bauteils 27 eintreten können. Die zueinander fluchtende Ausrichtung von Einsatz 31 und Kommutierungsbauteil 27 wird durch zueinander korrespondierende Paßflächen 33, 34 von im wesentlichen konischer Form unterstützt.
Im übrigen erschließen sich die baulichen Merkmale des Rotors nach den Fig. 7 bis 13 und das zu seiner Herstellung dienende Verfahren den vorstehenden Erläuterungen zu den Fig. 1 bis 6, so daß zur Vermeidung von Wiederholungen auf diese verwiesen wird.
Die Fig. 14 bis 16 veranschaulichen einen gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführten Rotor, dessen Kommutierungsein- heit 4 eine zylindrische Bürstenlauffläche 35 aufweist. Das im Laufe der Fertigung auf dem Einsatz 36 zu montierende Kommutierungsbauteil 37 besteht ausschließlich aus einer Kohlenstoffhülse 38, deren innere Umfangsflache zur Ausformung von hinterschnittenen Ankerabschnitten 39 für die Segmente 40 mäanderförmig profiliert ist. Zur Zentrierung der Kohlenstoffhülse 38 auf dem Einsatz 36 weist dieser nicht nur radial innen von der Rippen 41 axial vorstehende Zentriervorsprünge 42 auf, sondern zusätzlich auch noch Zentriernoppen 43, welche jeweils paarweise zwischen sich einen Ankerabschnitt 39 aufnehmen und somit eine exakte Winkelausrichtung von Kohlenstoffhülse 38 und Einsatz 36 zueinander gewährleisten.
Nachdem die aus Rotorwelle 1, Ankerpaket 2, Rotorwicklung 3, Einsatz 36 und Kommutierungsbauteil 37 bestehende vormontierte Einheit mit Kunststoff 44 vergossen worden ist, wird die Kohlenstoffhülse 38 durch Sägeschnitte 45 unterteilt, wodurch die einzelnen Segmente 40 voneinander getrennt und gegeneinander isoliert werden. Der Kunststoff 44 bildet auf der axialen Stirnseite der Kommutierungseinheit 4 eine Abschlußscheibe 46 aus, welche die Segmente 40 gleichermaßen mechanisch schützt als auch zusätzlich fixiert. Infolge der trägerlosen Ausführung des Kommutierungsbauteils 37 bestehen erhebliche bauliche Parallelen zu der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 6, so daß im Hinblick auf weitere Details zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Erläuterungen dieser Figuren verwiesen wird.
Anders als bei der Ausführungsform nach den Fig. 14 bis 16 weist bei dem Rotor nach den Fig. 17 und 18 das direkt auf der Rotorwelle 1 zu montierende Kommutierungsbauteil 47 einen isolierenden Trägerkörper 48 und darin verankerte, einzelne voneinander getrennte Kohlenstoff-Segmente 49 auf. Der Trägerkörper 48 besitzt Aussparungen 50, welche axiale Stirnflächenabschnitte 21 der Segmente 49 freigeben, um die Herstellung von elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Enden 8 der Rotorwicklung 3 und den Segmenten 49 im Bereich eben jener axialen Stirnflächenabschnitte 21 zu ermöglichen. Der auf der Rotorwelle 1 zu montierende Einsatz 51 ist zu diesem Zweck an die spezifische Ausführung des Kommutierungsbauteils 47 angepaßt. Die Ansätze 52 sind so ausgeführt, daß sie in die Aussparungen 50 des Trägerkörpers 48 des Kommutierungs- bauteils 47 eintreten können. Im übrigen ergeben sich die baulichen und herstellungsspezifischen Gesichtspunkte des Rotors nach den Fig. 17 und 18 aus den vorstehenden Erläuterungen zu den bereits beschriebenen Ausführungsformen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer dynamoelektrischen Maschine, welcher eine Rotorwelle (1), ein Ankerpaket (2) , eine aus isoliertem Wicklungsdraht hergestellte, mehrere spulenförmigen Einzelwicklungen umfassende Rotorwicklung (3) und eine Kommutierungseinheit (4) mit einer Mehrzahl von aus Kohlenstoff bestehenden, um die Rotorachse (5) herum angeordneten Segmenten (6, 40, 49) aufweist, umfassend die folgenden Schritte:
- Aufsetzen des Ankerpakets (2) auf die Rotorwelle (1) ;
- Aufsetzen eines aus isolierendem Material bestehenden Einsatzes (9, 31, 36, 51), welcher eine der Anzahl der Segmente der Kommutierungseinheit entsprechende Anzahl von Ansätzen (13, 32, 52) aufweist, auf die Rotorwelle;
- Aufbringen der Rotorwicklung (3) auf das Ankerpaket, Fixieren der Enden (8) der Einzelwicklungen der Rotorwicklung an den Ansätzen des Einsatzes, indem die Enden jeder Einzelwicklung der Rotorwicklung um den jeweils zugeordneten Ansatz des Einsatzes gewickelt werden, und Entfernen der Isolation von dem Wicklungsdraht an den Enden der Einzelwicklungen der Rotorwicklung;
- Aufbringen eines elektrisch leitfähigen Adhesivs auf die um die Ansätze herum gewickelten blanken Enden der Einzelwicklungen der Rotorwicklung und/oder an einer Stirnfläche eines die Segmente der Kommutierungseinheit umfassenden Kommutierungsbauteils (23, 27, 37, 47);
- Aufsetzen des Kommutierungsbauteils (23, 27, 37, 47) auf die Rotorwelle und/oder den Einsatz dergestalt, daß die Ansätze des Einsatzes jeweils unmittelbar be- nachbart einem Stirnflächenabschnitt (21) der Segmente der Kommutierungseinheit zu liegen kommen, wobei im Bereich der Stirnflächenabschnitte der Segmente der Kommutierungseinheit die um die Ansätze herum gewickelten Enden der Einzelwicklungen der Rotorwicklung unter Herstellung einer festen Verbindung mittels des Adhesivs direkt elektrisch leitend mit dem jeweils zugeordneten Segment der Kommutierungs- einheit kontaktiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (8) der Einzelwicklungen der Rotorwicklung (3) zu ihrer Fixierung an den Ansätzen (13, 32, 52) des Einsatzes (9, 31, 36, 51) in an den Ansätzen vorgesehene Kerben (19) eingezogen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (8) der Einzelwicklungen der Rotorwicklung (3) zu ihrer Fixierung an den Ansätzen (13, 32, 52) des Einsatzes (9, 31, 36, 51) mehrfach um die Ansätze gewik- kelt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Enden (8) der Einzelwicklungen der Rotorwicklung (3) und den Segmenten (6, 40, 49) der Kommutierungseinheit (4) unmittelbar beim Aufsetzen des Kommutierungsbauteils (23, 27, 37, 48) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Verbindungen der Enden (8) der Einzelwicklungen der Rotorwicklung (3) mit den Seg- menten (6, 40, 49) der Kommutierungseinheit (4) mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffes hergestellt bzw. gesichert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (6, 40, 49) der Kommutierungseinheit (4) keine Oberflächenmetallisierung aufweisen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Verbindungen der Enden (8) der Einzelwicklungen der Rotorwicklung (3) mit den Segmenten (6, 40, 49) der Kommutierungseinheit mittels einer Lötung hergestellt werden, wobei zumindest die der Herstellung der Verbindung mit den Enden der Einzelwicklungen der Rotorwicklung dienenden axialen Stirnflächenabschnitte der Segmente der Kommutierungseinheit zuvor oberflächlich metallisiert wurden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kommutierungsbauteil einen ringförmigen oder hülsenförmigen Kohlenstoffrohling (24, 38) umfaßt, bei dem die einzelnen Segmente (6, 40) der Kommutierungseinheit (4) erst nach der Herstellung der elektrisch leitenden Verbindungen der Segmente der Kommutierungs- einheit mit der Rotorwicklung (3) voneinander getrennt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kommutierungsbauteil lediglich aus einem ringförmigen oder hülsenförmigen Kohlenstoffrohling (24, 38) besteht, der auf den Einsatz (9, 36) aufgesetzt und vor der Trennung der einzelnen Segmente (6, 40) der Kommu- tierungseinheit (4) zumindest teilweise gemeinsam mit dem Einsatz, dem Ankerpaket (2) und der Rotorwicklung (3) mit Kunststoff (22, 44) oder Preßstoff umgössen bzw. umspritzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle (1) vor der Trennung der einzelnen Segmente (6) der Kommutierungseinheit (4) des ringförmigen Kohlenstoffrohlings (24) axial verschoben wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kommutierungsbauteil (27) einen isolierenden Trägerkörper (28) und in diesem verankerte, getrennte, gegeneinander isolierte Segmente (6) der Kommutierungs- einheit aufweist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Rotorwelle (1) um eine reine Montagewelle handelt, die anschließend gegen eine Betriebswelle ausgetauscht wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung von dem Wicklungsdraht an den Enden (8) der Einzelwicklungen der Rotorwicklung (3) sukzessive während des Wickeins der Rotorwicklung entfernt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung von dem Wicklungsdraht an den Enden (8) der Einzelwicklungen der Rotorwicklung (3) nach dem Wickeln der Rotorwicklung entfernt wird
15. Rotor einer dynamoelektrischen Maschine, umfassend eine Rotorwelle (1) , ein auf dieser aufgesetztes Ankerpaket
(2), eine auf dem Ankerpaket aufgebrachte, aus isoliertem Wicklungsdraht hergestellte, mehrere spulenförmigen Einzelwicklungen umfassende Rotorwicklung (3) und eine Kommutierungseinheit (4) mit aus Kohlenstoff bestehenden, um die Rotorachse herum angeordneten Segmenten (6, 40, 49), an welche die Enden (8) der Rotorwicklung direkt angeschlossen sind, gekennzeichnet durch einen auf die Rotorwelle aufgesetzten, axial zwischen dem Ankerpaket und der Kommutierungseinheit angeordneten Einsatz (9, 31, 36, 51) aus isolierendem Material, welcher eine der Anzahl der Segmente der Kommutierungseinheit entsprechende Anzahl von Ansätzen (13, 32, 52) aufweist, die jeweils unmittelbar benachbart einem Stirnflächenabschnitt (21) der der Segmente der Kommutierungseinheit angeordnet und an denen die blanken Enden der Einzelwicklungen der Rotorwicklung fixiert sind, indem sie jeweils um den zugeordneten Ansatz herum gewickelt sind, wobei im Bereich der Stirnflächenabschnitte der Segmente der Kommutierungseinheit die um die Ansätze herum gewickelten Enden der Einzelwicklungen der Rotorwicklung unter einer festen Verbindung mittels des Adhesivs direkt elektrisch leitend mit dem jeweils zugeordneten Segment der Kommutierungseinheit kontaktiert sind.
16. Rotor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (9, 31, 36, 51) eine sich in Richtung auf die Kommutierungseinheit (4) hin im wesentlichen konisch erweiternde äußere Anlagefläche (12) für die Rotorwicklung (3) aufweist.
17. Rotor nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (8) der Einzelwicklungen der Rotorwicklung (3) zu ihrer Fixierung an den Ansätzen (13, 32, 52) des Einsatzes (9, 31, 36, 51) in an den Ansätzen vorgesehene Kerben (19) eingezogen sind.
18. Rotor nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (8) der Einzelwicklungen der Rotorwicklung (3) zu ihrer Fixierung an den Ansätzen (13, 32, 52) des Einsatzes (9, 31, 36, 51) mehrfach um die Ansätze gewik- kelt sind.
19. Rotor nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Verbindungen der Enden (8) der Einzelwicklungen der Rotorwicklung (3) mit den Segmenten (6, 40, 49) der Kommutierungseinheit (4) mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffes hergestellt sind.
20. Rotor nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Verbindungen der Enden (8) der Einzelwicklungen der Rotorwicklung (3) mit den Segmenten der Kommutierungseinheit (4) mittels einer Lötung hergestellt sind.
21. Rotor nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (6, 40) der Kommutierungseinheit (4) durch Zentriervorsprünge (17, 42) des Einsatzes (9, 36) zentriert und in Kunststoff (22, 44) oder Preßstoff verankert sind, mit dem auch der Einsatz, das Ankerpaket (3) und die Rotorwicklung (3) umgössen bzw. umspritzt sind.
EP07724253A 2006-05-10 2007-04-14 Kommutator- rotor einer elektrischen maschine sowie verfahren zu seiner herstellung Withdrawn EP2016651A1 (de)

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