Welle einer elektrischen Maschine

Beschreibung Die Erfindung betrifft einen Plankommutator sowie ein Verfahren zur Montage eines Plankommutators auf eine Welle einer elektrischen Maschine,

insbesondere eines Gleichstrommotors, nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche. Stand der Technik

Plankommutatoren für elektrische Maschinene sind weithin bekannt. So geht aus der DE 10 2006 046 666 AI ein Plankommutator hervor, bei dem zur randseitigen Stabilisierung des Nabenkörpers die Stege in dem hakenseitigen Endbereich und/oder in dem axial gegenüberliegenden kontaktsegmentseitigen

Endbereich in Umfangsrichtung verbreitert ausgebildet sind. Auf diese Weise wird einem Abbrechen oder Abscheren von Teilen des Steges bei der

Weiterverarbeitung des Plankommutators im Anker einer elektrischen Maschine vorgebeugt. Durch die Verbreiterung in Umfangsrichtung in zumindest einem axialen Endbereich des Steges wird u.a. ein für Kunststoffe günstigerer

Faserverlauf realisiert, was sich positiv auf die Robustheit des bevorzugt aus Kunststoff ausgebildeten Nabenkörpers auswirkt. Da als Materialien zur Herstellung des Nabenkörpers, also auch der Stege, bevorzugt Duroplaste mit Glasfasern oder Glaskügelchen und/oder ähnlichen anderen verfestigenden Elementen verwendet werden, trägt auch deren homogene Verteilung aufgrund einer größeren Kunststoff- Masse in dem verbreiterten Abschnitt der Stege zu einer Stabilisierung und zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des

Nabenkörpers in diesen Bereichen bei. Weiterhin sind aus der DE 10 2004 051 460 AI ein Verfahren und eine

Vorrichtung zum Heißverpressen (Hot Staking) von Wicklungsanschlusshaken an Kommutatoren elektrischer Maschinen bekannt. Dabei kontaktiert eine erste Elektrode den entsprechenden Wicklungsanschlusshaken elektrisch und drückt sie an die Kontaktlamelle des Kommutators an. Zudem wird wenigstens eine zweite Elektrode in Umfangsrichtung seitlich auf der Kontaktlamelle, auf der der Wicklungsanschlusshaken angeordnet ist, derart aufgesetzt, dass die Elektrode den Wicklungsanschlusshaken beidseitig beaufschlagt.

Vorteile der Erfindung

Gegenüber den Plankommutatoren gemäß dem Stand der Technik weist der erfindungsgemäße Plankommutator mit voneinander beabstandeten

Kontaktlamellen, die in einem ersten Körper aus einem elektrisch isolierenden Material derart angeordnet sind, dass sie in axialer Richtung eine ebene

Bürstenlauffläche bilden, den Vorteil auf, dass seine Bauhöhe und sein

Außendurchmesser reduziert sind. Dazu weist der erfindungsgemäße

Plankommutator einen zweiten Körper aus einem elektrisch isolierenden Material mit radial umlaufenden und voneinander beabstandenten Kontaktsegmenten auf, wobei jedes der Kontaktsegmente an einem Axialabschnitt mit einem

Wicklungsanschlusshaken versehen ist, und wobei der erste Körper die

Wicklungsanschlusshaken des zweiten Körpers in axialer Richtung umgreift. Ein weiterer Vorteil, der sich durch die Zweiteilung des Plankommutators ergibt, ist die Möglichkeit, den ersten Körper mit seiner empfindlichen und hochwertigen Bürstenlaufffläche separat am Bandende zu fertigen, so dass Beschädigungen durch Anker- Montageprozesse der elektrischen Maschine wirksam vermeidbar sind. Zudem ist der Aufwand für den Einsatz unterschiedlicher Kohlegüten der Kontaktlamellen geringer.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale sowie aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.

In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass der erste und/oder der zweite Körper jeweils mit einem radial inneren, als Festsitz dienenden Axialbereich umittelbar eine Welle der elektrischen Maschine drehfest umgreifen. Dabei kann der als Festsitz dienende Axialbereich des ersten Körpers gleichzeitig als Dichtung gegenüber der Welle dienen, wobei die Dichtung des Festsitzes über eine Presspassung zur Welle oder mittels eines zusätzlichen O-Rings realisiert ist.

Um einen Stromfluss von den Bürsten der elektrischen Maschine über den Plankommutator bis zu den Wicklungen sicher zu stellen, sind die

Kontaktlamellen des ersten Körpers und die Kontaktsegmente des zweiten Körpers in besonders vorteilhafter Weise jeweils über radiale und/oder axiale Steckverbindungen miteinander elektrisch verbindbar. Auf diese Weise können aufwändige, bekannte Lötverbindungen bzw. Pressprozesse zur Kontaktierung der Kontaktlamellen und der Kontaktsegmente vermieden werden. Eine

Optimierung der elektrischen Verbindung kann sich ferner ergeben, wenn die Kontaktlamellen des ersten Körpers und die Kontaktsegmente 16 des zweiten Körpers beschichtet oder unbeschichtet und/oder mit einer Oberflächenstruktur versehen sind.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der erste und der zweite Körper jeweils zumindest an Teilen ihrer Berührungsstellen eine formschlüssige Geometrie aufweisen, die als Verdrehsicherung zwischen dem ersten und dem zweiten Körper dient. Auf diese Weise wird ein ungewolltes Verdrehen im Bereich der Steckverbindungen und damit eine Unterbrechung des elektrischen Kontakts zwischen den Kontaktlamellen und den Kontaktsegmenten vermieden. Weiterhin ergibt sich durch die formschlüssige Geometrie des zweiten Körpers die Möglichkeit einer radialen Arretierung während des Wickelprozesses der Wicklungen der elektrischen Maschine.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Körper an seinem Außenumfang eine axiale Ringnut aufweist, in die ein O-Ring oder ein Füllmaterial als Dichtung einbringbar ist.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage des

erfindungsgemäßen Plankommutators auf eine Welle einer elektrischen

Maschine, insbesondere eines Gleichstrommotors, mit folgenden Schritten: • Aufschieben des zweiten Körpers des Plankommutators auf die Welle, • Verbinden zumindest einer Wicklung der elektrischen Maschine mit den Wicklungsanschlusshaken der Kontaktsegmente des zweiten Körpers,

• Aufschieben des ersten Körpers des Plankommutators auf die Welle derart, dass der erste Körper die Wicklungsanschlusshaken des zweiten Körpers in axialer Richtung umgreift.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik liegt in der Vermeidung eines Hitzeeintrags auf die Bürstenlauffläche des Plankommutators, der beim Hot-Staking-Prozess während des Kontaktierens der Wicklungen mit den Wicklungsanschlusshaken entstehen kann. Darüber hinaus wird vermieden, dass es zu einer Beschädigung der Bürstenlauffläche während des Kontaktierens und des Montierens des Ankers auf der Welle kommen kann. Zudem lassen sich auch noch nach der Kontaktierung der

Wicklungsanschlusshaken mit den Wicklungen des Gleichstrommtors

unterschiedliche Kohlegüten der Kontaktlamellen in Abhängigkeit der

Anforderungen an den Gleichstrommtor einsetzen.

Ausführungsbeispiele

Zeichnung

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 4 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten.

Es zeigen

Fig. 1: eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen

Plankommutators,

Fig. 2: eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Plankommutators,

Fig. 3: zwei perspektivische Darstellungen (Fig. 3a und 3b) des ersten Körpers des erfindungsgemäßen Plankommutators und Fig. 4: zwei perspektivische Darstellungen (Fig. 4a und 4b) des zweiten Körpers des erfindungsgemäßen Plankommutators.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen

Plankommutators 10 einer nicht näher dargestellten, elektrischen Maschine. Dem Fachmann ist jedoch aus dem Stand der Technik bekannt, wo ein derartiger Plankommutator auf einer Welle der elektrischen Maschine sinnvollerweise angeordnet ist und welchen Zweck dieser erfüllt. Insofern soll hier nicht weiter darauf eingegangen werden.

Als elektrische Maschine kommt insbesondere ein Gleichstrommotor für eine Kraftstoffpumpe eines Kraftfahrzeugs in Betracht. Es sind jedoch andere

Anwendungen, wie beispielsweise in einem Lüfter, Fensterheber, Wischerantrieb, Sitzversteller oder dergleichen denkbar. Zudem ist der erfindungsgemäße Plankommutator auch für Anwendungen in elektrischen Generatoren oder außerhalb von Kraftfahrzeugen einsetzbar.

Der erfindungsgemäße Plankommutator 10 gemäß Figur 1 ist zweigeteilt und weist einen ersten Körper 12 sowie eine zweiten Körper 14 auf, die jeweils aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise einem Duroplast mit Glasfasern oder Glaskügelchen und/oder ähnlichen anderen verfestigenden Elementen, bestehen. Vorzugsweise sind der erste und der zweite Körper 12 bzw. 14 aus einer Pressmasse gefertigt. In Figur 1 ist weiterhin zu erkennen, dass der zweite Körper 14 an seinem äußeren Umfang radial umlaufende und voneinander beabstandete Kontaktsegmente 16 aufweist, wobei jedes der Kontaktsegmente 16 an einem Axialabschnitt mit einem

Wicklungsanschlusshaken 18 versehen ist. Weiterhin ist erkennbar, dass der ersten Körper 12 die Wicklungsanschlusshaken 18 des zweiten Körpers 14 in axialer Richtung des Plankommutators 10 umgreift. Dadurch können in vorteilhafter Weise sowohl der Außendurchmesser als auch die Bauhöhe des Plankommutators gegenüber üblichen Plankommutatoren nach dem Stand der Technik reduziert werden. Zudem ergibt sich durch das Umgreifen der

Wicklungsanschlusshaken 18 ein Schutz der Wicklungskontaktierungen vor mechanischen Einflüssen, z.B. beim Einsetzen des Ankers in die elektrische Maschine.

Figur 2 zeigt einen Schnitt quer durch den Plankommutator 10. Wiederum sind der erste Körper 12 und der zweite Körper 14 mit seinen Kontaktsegmenten 16 und den damit einstückig verbundenen Wicklungsanschlusshaken 18 zu erkennen. Im ersten Körper 14 sind entsprechend dem Abstand der

Kontaktsegmente 16 des zweiten Körpers 16 voneinander beabstandete

Kontaktlamellen 20 radial umlaufend als Bürstenlauffläche 21 angeordnet. Die Kontaktlamellen 20 dienen zur elektrischen Kontaktierung einer mit den

Wicklungsanschlusshaken 18 verbundenen Wicklung eines Ankers der elektrischen Maschine über entsprechende, in Köchern geführte Bürsten. Da diese Elemente dem Fachmann bekannt sind und sie zudem keinen

erfindungswesentliche Bedeutung haben, soll auf ihre Darstellung der

Übersichtlichkeit halber verzichtet werden.

Der erste Körper 12 umgreift mit einem radial inneren, als Festsitz dienenden Axialbereich 22 drehfest eine Welle 26 der elektrischen Maschine. Ergänzend oder alternativ kann auch der zweite Körper 14 einen entsprechenden

Axialbereich 24 zur drehfesten Verbindung mit der Welle 26 aufweisen, wobei der Axialbereich 22 und/oder der Axialbereich 24 als Dichtung gegenüber der Welle 26 dienen können. Dies ist insbesondere in Verbindung mit einer Kraftstoffpumpe vorteilhaft, bei der eine Beschädigung der Kontaktlamellen 20 und/oder der Kontaktsegmente 16 durch die aggressive Flüssigkeit droht. Aber auch in anderen Anwendungen, in denen Flüssigkeit den Kommutator umspülen könnte, kann eine Abdichtung der Welle 26 gegenüber dem Kommutator 10 vorteilhaft sein. Dabei kann die Dichtung beispielsweise als Presspassung zur Welle 26 oder mittels eines nicht gezeigten, zusätzlichen O-Rings realisiert sein.

Die Kontaktlamellen 20 des ersten Körpers 12 und die Kontaktsegmente 16 des zweiten Körpers 14 sind jeweils über Steckverbindungen 28, die sich in axialer Richtung nach dem Zusammenfügen der beiden Körper 12 und 14 überlappen, miteinander elektrisch verbindbar. Alternativ oder ergänzend ist auch denkbar, dass sich die Steckverbindungen 28 in radialer Richtung des Plankommutators 10 erstrecken und/oder gefedert ausgebildet sind. Auf diese Weise können aufwändige, bekannte Lötverbindungen bzw. Pressprozesse zur Kontaktierung der Kontaktlamellen 20 und der Kontaktsegmente 16 vermieden werden. Eine Verbesserung der elektrischen Kontaktflächen kann zudem erzielt werden, wenn die Steckverbindungen 28 der Kontaktlamellen 20 bzw. der Kontaktsegmente 16 beschichtet und/oder mit einer Oberflächenstruktur versehen sind. In

Abhängigkeit vom Material der Kontaktlamellen 20 (in der Regel Kohle oder Graphit) und der Kontaktsegmente 16 (in der Regel Kupfer oder eine

Kupferlegierung) sind aber auch un beschichtete Steckverbindungen 28 denkbar.

Um ein versehentliches Verdrehen des ersten Körpers 12 gegenüber dem zweiten Körper 14 und damit eine Unterbrechung der elektrischen Verbindung zwischen den Kontaktlamellen 20 und den Kontaktsegmenten 16 zu vermeiden, weisen der erste und der zweite Körper 12 bzw. 14 jeweils zumindest an

Teilbereichen ihrer Berührungsstellen eine formschlüssige Geometrie 30 auf, die als Verdrehsicherung dient. Die formschlüssige Geometrie 30 des zweiten Körpers 14 dient dabei als radiale Arretierung während des Wickelprozesses der Wicklung der elektrischen Maschine.

Zur weiteren Abdichtung des Plankommutators 10 ist eine radial umlaufende, axiale Ringnut 32 am Außenumfang des ersten Körpers 12 vorgesehen, in die beispielsweise ein nicht gezeigter O-Ring oder ein Füllmaterial einbringbar ist.

In den Figuren 3 und 4 sind jeweils getrennt voneinander der erste Körper 12 und der zweite Körper 14 in unterschiedlichen perspektivischen Ansichten (Figuren 3a, 3b; 4a, 4b) gezeigt. Gut zu erkennen ist in Figur 3b die innere Struktur des ersten Körpers 12 mit den Steckverbindungen 28 der Kontaktlamellen 20 und dem als Festsitz dienenden Axialbereich 22 sowie die Anordnung der

Kontaktsegmente 16 des zweiten Körpers 14, dessen formschlüssige Geometrie 30 und der als Festsitz dienende Axialbereich 24 in den Figuren 4a und 4b. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage des Plankommutators 10 auf die Welle 26 der elektrischen Maschine weist die folgenden Schritte auf:

• Aufschieben des zweiten Körpers 14 des Plankommutators 10 auf die Welle 26,

• Verbinden zumindest einer Wicklung der elektrischen Maschine mit den Wicklungsanschlusshaken 18 der Kontaktsegmente 16 des zweiten Körpers 14 und

• Aufschieben des ersten Körpers 12 des Plankommutators 10 auf die Welle 26 derart, dass der erste Körper 12 die Wicklungsanschlusshaken 18 des zweiten Körpers 14 in axialer Richtung umgreift.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik liegt in der Vermeidung eines Hitzeeintrags auf die Bürstenlauffläche 21 des Plankommutators 10, der beim Hot-Staking-Prozess während des

Kontaktierens der Wicklungen mit den Wicklungsanschlusshaken 18 entstehen kann. Darüber hinaus wird vermieden, dass es zu einer Beschädigung der Bürstenlauffläche 21 während des Kontaktierens und des Montierens des Ankers auf der Welle 26 kommen kann. Zudem lassen sich auch noch nach der Kontaktierung der Wicklungsanschlusshaken 18 mit den Wicklungen des Gleichstrommtors unterschiedliche Kohlegüten der Kontaktlamellen in

Abhängigkeit der Anforderungen an den Gleichstrommtor einsetzen.

Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass das gezeigte

Ausführungsbeispiel weder auf die Figuren 1 bis 4 noch auf die dort gezeigten Formen des ersten Körpers 12 mit den Kontaktlamellen 20, des zweiten Körpers 14 mit den Kontaktsegmenten 16 sowie deren Größenverhältnisse zueinander beschränkt ist. Auch die genaue Ausbildung der Ringnut 32 ist lediglich exemplarisch und nicht einschränkend zu verstehen.