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Title:
ARMATURE FOR AN ELECTRIC MACHINE AND METHOD FOR PRODUCING AN ARMATURE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/036131
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an armature in an electric machine. Said armature is provided with a plurality of winding elements. Solder is applied only to the end of a winding element that makes contact with the commutator.

Inventors:
WINKLER JENS (DE)
KUDLEK ALEXANDER (DE)
Application Number:
EP2010/063839
Publication Date:
March 31, 2011
Filing Date:
September 21, 2010
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
WINKLER JENS (DE)
KUDLEK ALEXANDER (DE)
International Classes:
H02K13/04; H01R39/32
Domestic Patent References:
WO2008084603A12008-07-17
Foreign References:
GB2154477A1985-09-11
FR2639163A11990-05-18
EP0097967A21984-01-11
Attorney, Agent or Firm:
ROBERT BOSCH GMBH (DE)
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Claims:
Ansprüche

Anker in einer elektrischen Maschine, mit einer Mehrzahl von Wickelelementen (4), deren Enden (8) mit einem Lot (10) versehen sind, wobei jeweils zwei Enden (8, 9) von Wickelelementen (4) übereinanderliegen und mit einem Kommutator (5) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass von den zwei übereinanderliegenden Wicklungsenden (8, 9) nur das auf dem Kommutator (5) aufliegende Wicklungsende (8) mit dem Lot (10) versehen ist, derart, dass sich sowohl zwischen der Kommutatoroberfläche und dem zugewandten Wicklungsende (8) als auch zwischen den beiden Wicklungsenden (8, 9) Lot (10) befindet.

Anker nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Lot SnCuO,7 oder SnCuOJNi oder SnAg3CuO,5 ist.

Verfahren zur Herstellung eines Ankers, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur das Ende (8) eines Wickelelements (4) mit Lot (10) versehen wird, das auf die Kommutatoraußenfläche aufgelegt wird, dass ein Ende (9) eines weiteren Wickelelements (4) dem Kommutator (5) abgewandt auf das mit Lot (10) bedeckte Ende (8) aufgelegt wird und dass durch thermisches Fügen das unten liegende, mit Lot (10) bedeckte Wicklungsende (8) sowohl mit dem Kommutator (5) als auch mit dem aufliegenden, nicht mit Lot bedeckten Wicklungsende (9) verbunden wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Lot (10) zu bedeckende Ende (8) des Wickelelements (4) vor dem Aufbringen des Lots (10) mit einem Flussmittel (1 1 ) benetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelelement (4) vor dem Aufbringen des Lots (10) zumindest im Bereich des zu verzinnenden Endes (8) getrocknet bzw. erwärmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelelement (4) vor dem Aufbringen des Lots (10) fertig gebogen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot (10) vor dem Einsetzen des Wickelelements (4) in den Anker (1 ) auf das Wicklungsende (8) aufgebracht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des Lotes auf dem einen Ende (8) des Wickelelements (4) über Eintauchen in ein Lotbad, über ein Hindurchbewegen durch ein Lotbad oder über Beschwallen mit Lot (10) erfolgt.

9. Elektrische Maschine mit einem Anker (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (1 ) die Merkmale des Anspruchs 1 oder 2 aufweist oder nach einem der Ansprüche 3 bis 8 hergestellt ist.

Description:
Beschreibung

Titel

ANKER EINER ELEKTRI SCHEN MASCHINE UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES ANKERS

Die Erfindung bezieht sich auf einen Anker in einer elektrischen Maschine und ein Verfahren zur Herstellung eines Ankers nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 3.

Stand der Technik

Aus der DE 40 02 106 A1 ist es bekannt, die Endes eines Wickelelements einer Rotorwicklung zur Verbindung mit einem Kommutator durch spanende oder spanlose Bearbeitung mit abgeflachten, sich gegenüberliegenden Präge- bzw.

Bearbeitungsflächen zu versehen, wobei die Prägeflächen jeweils als Kreissegment ausgeführt sind. Die Prägeflächen sind eben ausgebildet, was ein flächiges Aufliegen des unten liegenden Endes des Wickelelements unmittelbar auf der

Kommutatoroberfläche als auch ein flächiges Aufliegen des oberen Endes des

Wickelelements auf dem unteren Ende des Wickelelements erlaubt. Auf diese

Weise erhöht sich die Kontaktfläche und die Sicherheit gegen ein versehentliches Verrutschen der Enden des Wickelelements.

Üblicherweise werden die Enden des Wickelelements der Rotorwicklung vor dem thermischen Fügen mit einem Lot versehen, wofür die Enden des Wickelelements zunächst mit einem Flussmittel benetzt und anschließend in ein Lotbad eingetaucht werden, was üblicherweise für die Enden sämtlicher Wickelelemente zeitgleich durchgeführt wird. Werden bleifreie Lote aufgebracht, ist auf Grund der erhöhten Einsatztemperatur, bedingt durch den erhöhten Schmelzpunkt, eine höhere Tendenz des Lotbades zu beachten, Kupfer aus den abisolierten Enden der Wickelelemente aufzulösen. Das sich im Lot anreichernde Kupfer wirkt sich negativ auf dessen Standzeit aus. Dem kann zwar durch Vorwärmen des kom- pletten Ankers entgegengewirkt werden, jedoch ist diese Vorgehensweise auf Grund der großen Ankermasse zeit- und energieaufwändig.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfach durchzuführenden Maßnahmen eine sichere und qualitativ hochwertige Verbindung zwischen den Enden der Wickelelemente und einem Kommutator in einem Anker zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Anker mit den Merkmalen des

Anspruches 1 und bei einem Verfahren zur Herstellung eines Ankers mit den Merkmalen des Anspruches 3 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an. Der erfindungsgemäße Anker in einer elektrischen Maschine, beispielsweise ein

Anker in Startern für Verbrennungsmotoren, besteht üblicherweise aus einer Ankerwelle, einem auf die Ankerwelle aufgesetzten Lamellenpaket sowie einer Vielzahl von Wickelelementen, die in dem Paket der Ankerlamellen in Isolierstreifen eingepresst werden, sowie einem Kommutator, mit dem die Enden der Wickel- elemente in elektrischem Kontakt stehen. Zur Verbindung der Enden der Wickelelemente mit der Kommutatoraußenseite wird ein thermisches Fügeverfahren eingesetzt.

Bei dem erfindungsgemäßen Anker ist jedes Wickelelement mit einem Lot verse- hen, jedoch nur im Bereich eines der beiden Enden des Wickelelements. Im fertig montierten Zustand liegt ein mit Lot versehenes Wicklungsende als untere Lage unmittelbar auf der Kommutatoraußenseite auf, wohingegen ein anderes Wicklungsende, welches frei von Lot ist, als obere Lage unmittelbar auf dem mit Lot versehenen unteren Wicklungsende aufliegt. Grundsätzlich reicht es aus, nur die untere Lage der Wicklungsenden mit Lot zu versehen, um sowohl zwischen der Kommutatoraußenseite und der unteren Lage als auch zwischen unterer und oberer Lage jeweils eine Lotschicht zu haben, welche im thermischen Fügepro- zess für eine feste Verbindung sorgt. Diese Vorgehensweise hat des Weiteren den Vorteil, dass die erforderliche Lotmenge sich um etwa 50 % reduziert. Au- ßerdem ist auch die Tendenz der Kupferauflösung im Lotbad auf Grund kurzer

Kontaktzeiten und durch die Halbierung des zu benetzenden Kupfervolumens an den Ende des Wickelelements herabgesetzt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der Energieaufwand reduziert ist, da ein Erwärmen der Ankerwelle und des Lamellenpakets entfallen kann und nur das Wickelelement, insbesondere im Bereich des mit Lot zu bedeckenden Endes erwärmt wird. Außerdem ist der beim thermischen Fügen entstehende Werkzeugverschleiß reduziert, da die Werkzeuge nur das hochschmelzende Kupfer der oberen Lage kontaktieren, wodurch auch insgesamt eine verbesserte Qualität des thermischen Fügens erreicht wird.

Es werden vorzugsweise bleifreie Lote eingesetzt, beispielsweise SnCuOJ oder SnCuOJNi oder SnAg3CuO,5.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Ankers in einer elektrischen Maschine wird nur dasjenige Ende des Wickelelements mit Lot versehen, welches zur Montage auf die Außenfläche des Kommutators aufgelegt wird. Das andere Ende des Wickelelements bleibt dagegen frei von Lot und wird auf der dem Kommutator abgewandten Seite auf das mit Lot versehene Ende eines weiteren Wickelelements aufgelegt. Anschließend erfolgt ein thermisches Fügen, wobei über das Lot sowohl das unten liegende Ende des Wickelelements mit dem Kommutator als auch beide Enden miteinander fest verbunden werden.

Das Aufbringen des Lots kann auf verschiedene Arten erfolgen. In Betracht kommt beispielsweise ein Eintauchen in ein Lotbad, ein Hindurchbewegen durch das Lotbad oder ein Beschwallen mit Lot.

Das Aufbringen des Lotes auf nur ein Ende des Wickelelements und das thermische Fügen sind zweckmäßigerweise eingebettet in einen Verfahrensablauf, bei dem zunächst die Wickelelemente zumindest annähernd zu ihrer endgültigen Form gebogen werden, anschließend die beiden Enden jedes Wickelelementes abisoliert werden, danach das eine, mit Lot zu bedeckende Ende des Wickelelementes mit einem Flussmittel benetzt wird, im Anschluss daran das Wickelelement zumindest im Bereich des mit Lot zu bedeckenden Endes getrocknet und/oder erwärmt wird, woraufhin nur eines der beiden Enden jedes Wickelelementes mit dem Lot bedeckt wird und der Einbau in den Anker und das thermische Fügen der auf dem Kommutator übereinanderliegenden Enden des Wickelelements durchgeführt werden. Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ankers in einer elektrischen Maschine, mit einer Ankerwelle, einem Lamellenpaket mit Wickelelementen und einem Kommutator,

Fig. 2 einen Schnitt im Bereich des Kommutators mit zwei übereinanderliegenden Enden von Wickelelementen,

Fig. 3a bis 3d jeweils ein Wickelelement in verschiedenen Verfahrensstufen zum Aufbringen eines Lots auf ein Ende.

Der in Fig. 1 dargestellte Anker 1 ist Teil einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Starters für einen Verbrennungsmotor. Der Anker 1 besteht aus einer Anker- bzw. Rotorwelle 2, einem Anker- bzw. Lamellenpaket 3, welches fest mit der Ankerwelle 2 verbunden ist und über den Umfang verteilt eine Vielzahl von Wickelelementen 4 aufweist, und einem Kommutator 5, der benachbart zu einer Stirnseite der Ankerwelle angeordnet ist. Die freien Enden der Wickelelemente 4 sind fest miteinander und mit dem Kommutator 5 verbunden. Im Lamellenpaket 3 sind die Wickelelemente 4 in Isolierstreifen eingepresst.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Anker im Bereich des Kommutators mit auf der Außenfläche des Kommutators übereinanderliegenden Wicklungsenden 8 und 9. Dargestellt ist der Kommutator 5 im Bereich eines Segmentes 6, das beidseitig über Isolierstege 7 gegenüber benachbarten Segmenten des Kommutators isoliert ist. Auf der Oberfläche bzw. Außenseite des Segments 6 liegen die Wicklungsenden 8 und 9 zweier verschiedener Wickelelemente 4 übereinander, wobei die beiden Enden jeweils eines Wickelelements an verschiedenen Segmenten 6 jeweils einmal die untere und einmal die obere Lage bilden.

Das untere Ende 8 eines Wicklungselements ist eingehüllt von Lot 10, welches das Wicklungsende 8 allseitig bedeckt, so dass das Lot 10 sowohl zwischen der Außenseite des Kommutators 5 und dem unteren Ende 8 des einen Wicklungselements als auch zwischen den beiden Wicklungsenden 8 und 9 verschiedener Wicklungselemente angeordnet ist. Das obere Ende 9 des zweiten Wicklungs- elements ist dagegen frei von Lot; der Kontakt mit dem Lot 10 erfolgt ausschließlich über das auf das untere Ende 8 des einen Wicklungselements aufgebrachte Lots. Die Verbindung zwischen dem unteren Ende 8 des einen Wicklungselements und dem Kommutator 5 einerseits und zwischen den beiden Enden 8 und 9 der Wicklungselemente andererseits erfolgt durch thermisches Fügen.

Die Figuren 3a bis 3d zeigen jeweils ein Wickelelement 4 in aufeinander folgenden Verfahrensschritten zum Aufbringen von Lot auf ein Ende des Wicklungselements. Gemäß Fig. 3a wird das Wickelelement 4 zunächst im Bereich seiner beiden Wicklungsenden 8 und 9 abisoliert. Hierzu wird die beispielhaft als Backlack auf den Wicklungsdraht aufgebrachte Isolierung entfernt, beispielsweise durch spanende Bearbeitung.

Im nächsten Verfahrensschritt gemäß Fig. 3b wird das Wicklungsende 8 mit Flussmittel benetzt, wohingegen das zweite Wicklungsende 9 keine Benetzung mit Flussmittel erfährt.

In Fig. 3c wird das Wickelelement 4 zumindest im Bereich des benetzten

Wicklungsendes 8 erwärmt, insbesondere im Bereich des Schenkels, welcher mit dem benetzten Wicklungsende 8 versehen ist. Durch das Erwärmen trocknet das mit dem Flussmittel benetzte Wicklungsende 8. Das Erwärmen erfolgt beispielsweise mithilfe einer Wärmeplatte, per Heizstrahler, Heißluftgebläse oder induktiv.

Im nächsten Verfahrensschritt gemäß Fig. 3d wird auf das Wicklungsende 8 des Wickelelementes 4 mit Lot 10 aufgebracht, wobei auf Grund der Erwärmung des

Schenkels mit dem Wicklungsende 8 die Temperaturdifferenz zum Lotbad verringert, die Benetzungsfähigkeit des mit Lot zu bedeckenden Endes 8 verbessert und dadurch die erforderliche Tauchzeit im Lot minimiert wird.

Das Aufbringen des Lots 10 erfolgt durch Eintauchen in ein Lotbad, mittels H durchbewegen durch ein Lotbad oder über Beschwallen mit Lot.

Nach dem Aufbringen des Lots wird das Wickelelement in den Anker eingebaut und werden die Wicklungsenden durch thermisches Fügen mit dem Kommutator bzw. miteinander verbunden.