DE3530652A1

DE3530652A1 - Kommutator fuer elektrische maschinen

Info

Publication number: DE3530652A1
Application number: DE19853530652
Authority: DE
Inventors: Werner Bode; Peter Franz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-08-28
Filing date: 1985-08-28
Publication date: 1987-03-12
Also published as: AU583409B2; AU6129886A; DE3667000D1; JPH0736346B2; JPS63500689A; EP0235167A1; WO1987001521A1; US4786835A; EP0235167B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kommutator für elektrische Maschinen nach der Gattung des Hauptanspruches aus. Der artige Kommutatoren haben meistens verhältnismäßig breite Schlitze zwischen den Segmenten und benötigen Anschluß fahnen an den Segmenten, in denen die Wicklungsenden seitlich, das ist in Umfangsrichtung des Kommutators, sicher geführt aufgenommen und beispielsweise an die Segmente geschweißt sind. Außerdem sind die Anschlußfah nen zur Aufnahme und zum Stützen einer Wickelkopfbandage zum Erhöhen der Schleuderfestigkeit erforderlich.

Die bekannten Kommutatoren können noch verhältnismäßig wirtschaftlich durch Fließpressen hergestellt werden, in nachteiliger Weise jedoch nur solange das Werkstoffvolu men - vorzugsweise Kupfer - im wesentlichen gleichmäßig über die ganze Länge der Segmente einschließlich der An schlußfahnen verteilt ist und vor allem die Schlitz breite einen bestimmten Minimalwert nicht unterschreitet.

Die bekannten Kommutatoren können auch als Rollkommu tatoren hergestellt sein. Rollkommutatoren sind zwar wesentlich preiswerter herzustellen als entsprechende Fließpreßausführungen. Auch können hier die Schlitze zwischen den Segmenten schmäler ausgebildet werden. Bei Rollkommutatoren, deren Segmente aus einem Kupferstreifen mit dem Profil des Segmentquerschnitts hergestellt sind, können jedoch in nachteiliger Weise die Anschlußfahnen nicht lang genug angeformt werden, um die Wicklungsenden sicher an ihnen zu befestigen und die Wickelkopfbandage aufzunehmen. Die Anschlußfahnen sind daher als für sich hergestellte Teile an den Segmenten befestigt. Das macht auch die Fertigung von Rollkommutatoren teuer.

Aufgabe, Lösung und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen preis günstigen Kommutator für elektrische Maschinen zu schaffen, der mit verhältnismäßig schmalen Isolierschlitzen zwischen den Segmenten und mit langen Anschlußfahnen versehen ist, welche das sichere Verbinden der Wicklungsenden mit den Segmenten nicht behindern, und bei dem das vorhandene Werk stoffvolumen der Segmente zum Verstärken der Schleuder festigkeit und/oder zur Erhöhung des Wärmespeichervermögens in verstärktem Maße im Bürsten-Laufbahnbereich angeordnet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen vorgesehen.

Dabei ist von Vorteil, daß der die Anschlußfahnen zur Auf nahme der Wicklungsenden bildende Teil der Segmente min destens teilweise aus einem Isolierstoff besteht, so daß der Kommutator beispielsweise als Rollkommutator oder ring armierter Formstoffkommutator mit schmalen Schlitzen zwischen den Segmenten und höchstens kurzen Anschluß fahnen preiswert ausgebildet werden kann. Dabei über nehmen die verbreiterten Stege aus Isolierstoff die Funktionen der Anschlußfahnen wie Aufnahme der Wicklungs enden, Fixierung der Wicklungsenden in der Befestigungs position und während des Befestigens an den Segmenten.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Kommutators möglich. Besonders vorteilhaft ist die vergrößerte Schleuderfestigkeit des Kommutators, weil die Segmente im Anschlußbereich der Wicklungsenden weniger Kupfer und somit weniger der schwereren Werkstoff masse aufweisen. Darüberhinaus ist von Vorteil, daß die verbreiterten Stege auch die Stützfunktion für die später aufzubringende Wickelkopfbandage ausüben können. Auch für Fließpreßkommutatoren mit noch in wirtschaftlicher Weise herstellbarer Schlitzbreite eignen sich die ver breiterten Stege aus Isolierstoff als Verlängerungen der Anschlußfahnen. Als Isolierstoff, welcher in vorteil hafter Weise soviele Funktionen am Kommutator übernehmen kann, eignen sich beispielsweise Phenolharz-, Melamin phenol- oder Epoxidformmassen, die noch mit Faserstoffen verstärkt sein können. Melaminphenol-Formmassen eignen sich wegen ihrer Klebewirkung an Kupfer besonders bei Fließpreßkommutatoren mit verhältnismäßig kleinen Ver ankerungsmitteln als zusätzliches Haltemittel für die Segmente. Bei den genannten Isolierstoffen lassen sich die Wicklungsenden in ebenfalls vorteilhafter Weise durch Schweißen an den Segmenten sicher befestigen. Es eignen sich dafür beispielsweise Widerstandsschweißen, Diffusions schweißen, Ultraschallschweißen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Rollkommutator, teilweise im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 3 durch einen Teil des Kommutators mit Wicklungsenden und Wickelkopfbandage,

Fig. 3 den Kommutator im Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2, sowie

Fig. 4 einen Fließpreßkommutator und

Fig. 5 einen ringarmierten Kommutator, jeweils teilweise im Längsschnitt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein Kommutator - in Fig. 1 bis 3 als Rollkommutator dargestellt - hat eine Vielzahl Segmente 2, die an ihrer der Längsachse 3 des Kommutators 1 zugewandten Seite 4 mit Verankerungsmitteln 5 in Form von Krallen versehen sind. Die Segmente 2 haben an einem Ende einen über ihre Lauffläche 6 radial zur Kommutatorlängsachse 3 vorstehen den kurzen Bund 7. Der Bund 7 dient als Anschlußfahne für zugeordnete Wicklungsenden 8 einer an sich bekannten und nicht näher dargestellten Rotorwicklung. In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind an je dem Segment 2 zwei übereinanderangeordnete Wicklungsenden 8 runden Querschnitts befestigt. Die Anschlußseite 9 des Bundes 7 ist dazu der Form der Wicklungsenden 8 entsprechend ausgekehlt. Dadurch ist eine möglichst großflächige Auf lage für die Wicklungsenden 8 auf der jeweiligen Anschluß seite 9 gebildet. Die Wicklungsenden können auch ovalen oder rechteckigen Querschnitt haben und auch nebeneinander angeordnet sein. Die Anschlußseite 9 ist dann ebenfalls der Form der Wicklungsenden entsprechend ausgebildet.

Der Kommutator 1 kann auch so abgewandelt sein, daß die Segmente 2 an Stelle des Bundes 7 direkt mit der Anschluß seite 9 am Ende der Lauffläche 6 versehen sind.

Die Segmente 2 sind bei dem Rollkommutator aus einem Profilband aus Kupfer gebildet. Dazu sind in das Pro filband in an sich bekannter und nicht näher dargestellter Weise entsprechend der vorgesehenen Kommutatorteilung quer über das Profilband laufende Nuten eingeformt, welche später als Segmentteilnuten 10 die Segmente 2 voneinandertrennen. Die Segmente 2 sind nach dem Aus bilden der Nuten - wie an sich bekannt - noch durch die Segmentteilnuten 10 überbrückende schmale Stege an der Lauffläche 6 verbunden, so daß das Profilband zu einem Segmentring gerollt werden kann. Die Verankerungsmittel 5 können bereits vor oder auch nach dem Rollen von den Stirnseiten 11 und 12 in Längsrichtung der Segmente 2 ein- oder mehrstufig abgespalten oder angeschält sein.

In dem Segmentring ist ein Isolierstoff eingebracht. Der Isolierstoff ist als Isolierkörper 13 ausgebildet, in dem die Segmente 2 sowie eine Lagerbuchse 14 verankert sind, mit welcher der Kommutator 1 auf einer wiederum an sich bekannten und nicht näher dargestellten Rotor welle gelagert ist. Der Isolierstoff füllt außerdem die Segmentteilnuten 10 aus und bildet somit die Isolier lamellen 15 zwischen den Segmenten 2 samt Bund 7. Schließlich gehen die Isolierlamellen 15, welche sich im Bund 7 keilförmig verbreitern, in sich an sie radial anschließende breitere Stege 16 über, die über den Bund 7 radial hinausragen. Die Stege 16 dienen als seitliche Führung der an den Segmenten 2 zu befestigenden Wick lungsenden 8. Sie stellen die Begrenzung von Anschluß nuten 17 für die Wicklungenden 8 in Umfangsrichtung dar. Der Isolierkörper 13 weist noch den inneren Randab schnitt der Stirnseiten 11 und 12 umfassende Flansche 18 und 19 auf als unterstützende Haltemittel für die Segmente 2 im Isolierkörper 13. Der Flansch 19 ist zudem mit axial vorstehenden und radial verlaufenden Rippen 20 dreieckigen Querschnitts versehen, deren Mittellinie jeweils mit der eines der Stege 15 fluchtet. Die Stege 16 stehen eben falls axial an der Stirnseite 12 der Segmente 2 vor. Ihre Kanten 21 sind abgeschrägt, wodurch das beschädigungsfreie Einführen der Wicklungsenden 8 in die Anschlußnuten 17 er leichtert ist.

Als Isolierstoff eignen sich vor allem Formmassen wie beispielsweise Phenolharz-, Melaminphenol- oder Epoxid- Formmassen, die noch mit Faserstoffen verstärkt sein können.

Nach dem Einbringen des Isolierstoffs in den Segment ring sind die die Segmente 2 verbindenden Stege in eben falls an sich bekannter und nicht näher dargestellter Weise entfernt.

Die in die von den Stegen 16 in Umfangsrichtung begrenzten Anschlußnuten 17 übereinander gelegten Wicklungsenden 8 sind durch Schweißen an dem Boden der Anschlußnuten 17, welcher von der Anschlußseite 9 des jeweiligen Bundes 7 oder Segmentendes gebildet ist, mechanisch und elektrisch leitend befestigt. Der Isolierstoff gestattet das kurz zeitige Erwärmen in der unmittelbaren Nähe der Stege 16 während des Schweißvorganges für die Teile 7, 8. Die Stege 16 aus dem gewählten Isolierstoff fördern noch den Strom durchgang von einer auf die Wicklungsenden 8 aufgesetzten Schweißelektrode durch die Wicklungsenden 8, den Bund 7 und das Segment 2 zu einer auf dem Segment 2 aufgesetzten Masseelektrode, in dem sie den Stromdurchgang zwischen den Elektroden nahezu geradlinig einengen.

Zur Erhöhung der Schleuderfestigkeit kann zusäztlich eine Rotorbandage 22 als Hülse über die Stege 16 geschoben sein, die die Anschlußnuten 17 nach außen abschließt.

In Fig. 4 ist ein Fließpreßkommutator 23 dargestellt. Soweit seine Teile gleich denen des Rollkommutators 1 sind, haben sie dieselben Bezugszahlen. Die Segmente 24 sind in an sich bekannter und nicht näher dargestellter Weise durch Fließpressen eines Rohlings zu einem Segment ring geformt und wiederum nach Einbringen des Isolier körper 13, Isolierlamellen 15 und Stege 16 bildenden Isolierstoffs voneinandergetrennt. Die Segmente 24 haben nunmehr sich über die ganze Länge der der Längsachse 3 zugewandten Seite 4 der Segmente 24 erstreckende Ver ankerungsmittel 25 mit schwalbenschwanzförmigem Quer schnitt.

In Fig. 5 ist noch ein ringarmierter Kommutator 26 dar gestellt. Soweit auch seine Teile gleich denen des Rollkommutators 1 sind, haben sie dieselben Bezugszahlen.

Die Segmente 27 sind aus einem Kupferstreifen gestanzt und an den Stirnseiten 11 und 12 mit je einer Nut 28 bzw. 29 versehen. In den Nuten 28 und 29 ist jeweils ein mit einer Isolierhülle 30 umgebener Armierungsring 31 eingesetzt, welcher die Segmente 27 zu einem Segmentring zusammenhält und zugleich mit den Nuten 28 und 29 als Verankerungsmittel für die Segmente 27 im Isolierkörper 13 dient.

Claims

1. Kommutator für elektrische Maschinen, mit einer Viel zahl Segmente, welche mit Verankerungsmitteln zum Be festigen der Segmente im Isolierkörper versehen, an einem Ende mit zugeordneten Wicklungsenden eines Rotors ver bunden und in Umfangsrichtung durch Schlitze voneinander getrennt sind, die mit Isolierstoff gefüllt sind, da durch gekennzeichnet, daß der den Isolierkörper (13) bil dende und die Schlitze (10) füllende Isolierstoff radial über den Umfang der Lauffläche (6) an einem Ende des Kom mutators (1; 23; 26) hinasuragende verbreiterte Stege (16) aufweist, zwischen denen die Wicklungsenden (8) angeord net sind, welche an den zugehörigen Segmenten ( 2; 24; 27) mechanisch und elektrisch leitend befestigt sind.

2. Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (2; 24; 27) einen über die Lauffläche (6) radial vorstehenden kurzen Anschlußvorsprung ( 7) aufweisen, an dem die zwischen den Stegen (16) geführten Wicklungsenden (8) befestigt sind.

3. Kommutator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Stege (16) an der angrenzenden Stirnseite (12) des Kommutators (2; 24; 27) axial vorstehen.

4. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den freien Enden der Stege (16) eine hülsenförmige Bandage (22) anliegt, die konzentrisch zur Längsachse (3) des Kommutators (1; 23; 26) angeordnet ist.

5. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (2) aus Abschnitten eines den Segmentquerschnitt aufweisenden Stranges ge bildet sind, welcher als Segmentring zusammengerollt nach dem Einbringen des den Isolierkörper (13) bilden den, die Schlitze (10) als Isolierlamellen (15) füllen den und die verbreiterten Stege (16) bildenden Isolier stoffs entlang den vor dem Zusammenrollen ausgebildeten Segmentteilnuten (10) in die Segmente (2) geteilt ist.

6. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (27) als Stanzteile mit ihrer Umfangsform versehen mittels Armierringen (31, 30) zu einem Segmentring zusammengefaßt sind, in den der den Isolierkörper (13) bildende, die Schlitze (10) als Isolierlamellen (15) füllende und die verbreiterten Stege (16) bildende Isolierstoff eingebracht ist.

7. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (24) aus Rippen eines fließgepreßten Segmentringes bestehen, die nach dem Einbringen des Isolierstoffes für den Isolierkörper (13) die die Schlitze (10) füllenden Isolierlamellen (15) und die verbreiterten Stege (16) voneinander getrennt sind.

8. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der den Isolierkörper (13) bildende, die Schlitze (10) als Isolierlamellen (15) füllende und die verbreiterten Stege (16) bildende Isolierstoff eine Phenolharz-Formmasse ist.

9. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der den Isolierkörper (13) bildende, die Schlitze (10) als Isolierlamellen (15) füllende und die verbreiterten Stege (16) bildende Isolierstoff eine mit Faserstoffen verstärkte Phenolharz-Formmasse ist.

10. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der den Isolierkörper (13) bildende, die Schlitze (10) als Isolierlamellen (15) füllende und die verbreiterten Stege (16) bildende Isolierstoff eine Melaminphenol-Formmasse ist.

11. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der den Isolierkörper (13) bildende, die Schlitze (10) als Isolierlamellen (15) füllende und die verbreiterten Stege (16) bildende Isolierstoff eine mit Faserstoffen vertärkte Melaminphenol-Formmasse ist.

12. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der den Isolierkörper (13) bildende, die Schlitze (10) als Isolierlamellen (15) füllende und die verbreiterten Stege (16) bildende Isolierstoff eine Epoxid-Formmasse ist.

13. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der den Isolierkörper (13) bildende, die Schlitze (10) als Isolierlamellen (15) füllende und die verbreiterten Stege (16) bildende Isolierstoff eine mit Faserstoffen verstärkte Epoxid-Formmasse ist.

14. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den verbreiterten Stegen (16) aufgenommenen und geführten Wicklungsenden (8) an den zugeordneten Segmenten (2; 24; 27) durch Schweißen be festigt sind.