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Patent Searching and Data


Title:
HOOK-TYPE COMMUTATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/027282
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a hook-type commutator (24) comprising hooks (26) for the winding wires (20) of an armature winding. The hooks (26) are provided with longitudinal slots (28). A laser welding process is carried out through said longitudinal slots (28) in order to connect the winding wires (20) to the hooks (26). A genuine union of material is thus formed with a minimal, constant contact resistance.

Inventors:
Schmidt, Ralf (Eisenbahnstrasse 41a, Renchen, 77871, DE)
Application Number:
PCT/DE2004/001126
Publication Date:
March 24, 2005
Filing Date:
June 02, 2004
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
Schmidt, Ralf (Eisenbahnstrasse 41a, Renchen, 77871, DE)
International Classes:
H01R39/32; H01R43/06; (IPC1-7): H01R39/32; H01R43/06
Foreign References:
FR2591042A11987-06-05
FR2801740A12001-06-01
US5113574A1992-05-19
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 0050, no. 91 (E - 061) 13 June 1981 (1981-06-13)
Attorney, Agent or Firm:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Hakenkommutator (24) mit wenigstens einem Haken (26) für wenigstens einen Wicklungsdraht (20) einer Ankerwicklung, dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen Haken (26) wenigstens eine sich durch den Haken (26) erstreckende Ausnehmung (28) ausgebildet ist.
2. Hakenkommutator (24) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (36) der Ausnehmung (28) im Wesentlichen ein Drittel der Breite (38) des Hakens (26) beträgt.
3. Hakenkommutator (24) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (36) der Ausnehmung (28) im Wesentlichen der doppelten Dicke (40) des Hakens (26) entspricht.
4. Hakenkommutator (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ausnehmung (28) vom freien Ende (41) des Hakens (26) aus in Richtung des Ansatzes (32) des Hakens (26) an seiner Lamelle (34) erstreckt.
5. Hakenkommutator (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ausnehmung (28) im wesentlichen bis zum Ansatz (32) des Hakens (26) erstreckt.
6. Hakenkommutator (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung ein Längsschlitz (28) ist, der sich im Wesentlichen parallel zur Längsachse (18) des Hakenkommutators (24) erstreckt.
7. Anker (16) für eine elektrische Maschine (10) mit einem Hakenkommutator (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Elektrische Maschine (10) mit einem Anker (16) nach Anspruch 7.
9. Verfahren zur Herstellung eines Ankers (16) mit einem Hakenkommutator (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Wicklungsdrähte (20) mit den Haken (26) des Hakenkommutators (24) mittels einer Laserschweißung durch die Ausnehmung (28) hindurch erfolgt.
Description:
Hakenkommutator Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Hakenkommutator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige beispielsweise in der DE 42 33 132 AI offenbarte Hakenkommutatoren weisen Haken für jeweils einen oder mehrere Wicklungsdrähte aus Kupferlackdraht einer Ankerwicklung auf. Die Verbindung der Haken und der Wicklungsdrähte erfolgt in der Regel im so genannten Hot-Staking-Verfahren, wie beispielsweise in der DE 31 31 117 A1 beschrieben. Hierbei erfolgt ein Warmverpressen der Kupferlackdrähte unter den Haken, bei denen die Isolation des Kupferlackdrahtes abgebrannt und eine elektrische Verbindung zur Kommutatorlamelle hergestellt wird. Dieses Verfahren ist in hohem Maße von den Randbedingungen abhängig ; insbesondere die Erweichungstemperatur der Isolation der Kupferlackdrähte, die Lage der Drähte unter den Haken sowie die Ausformung des Hakens und die Oberflächenbeschaffenheit erfordern ein permanentes Nachführen der Prozessparameter. Außerdem hat das Verfahren eine große thermische und mechanischen Einflusszone, wodurch sehr hohe Ansprüche an den Kornmutatorunterbau einschließlich der Pressmassen gestellt werden.

Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Hakenkommutator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass die mechanische Belastung von Draht und Kommutator geringer sind.

Denn die Wärmeeinflusszone ist kleiner und außerdem kommt es zu einer echten stoffschlüssigen Verbindung, die minimale und konstante Übergangswiderstände zur Folge hat. Auch ist keine massive Verformung des Hakens erforderlich. Die geringere Abhängigkeit von Randbedingungen führt somit zu stabileren Fertigungsprozessen.

Ferner sind sehr kurze Taktzeiten möglich, da die konventionelle Drahtverlegung mit zeitoptimierter Anhakteclmik benutzt werden kann. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz bei Hakenkommutatoren, die nur geringe mechanische und thermische Belastungen, wie beispielsweise ein Kohlekommutator, zulassen.

Hierzu ist vorgesehen, dass der Hakenkommutator mit wenigstens einem Haken für wenigstens einen Wicklungsdraht einer Ankerwicklung in dem Haken wenigstens eine sich durch den Haken erstreckende Ausnehmung aufweist.

Vorzugsweise beträgt die Breite der Ausnehmung im Wesentlichen ein Drittel der Breite des Hakens und/oder die Breite der Ausnehmung entspricht im Wesentlichen der doppelten Dicke des Hakens. Dadurch ist der Haken mechanisch ausreichend stabil und die Ausnehrnung breit genug.

Die Ausnehmung lässt sich besonders leicht herstellen, wenn sich die Ausnehmung vom freien Ende des Hakens aus in Richtung des Ansatzes des Hakens an seiner Lamelle erstreckt. Es ist vorteilhaft, wenn sich die Ausnehmung im Wesentlichen bis zum Ansatz des Hakens erstreckt, da dadurch später alle Wicklungsdrähte für eine Laserbearbeitung direkt zugänglich sind. Dabei ist die Ausnehmung vorzugsweise als ein Längsschlitz ausgebildet, der sich im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Kommutators erstreckt, da sich die notwendige Länge leicht einstellen lässt.

Bei einem Anker für eine elektrische Maschine mit einem derartigen Hakenkommutator werden Schwachstellen an den Hakenkanten vermieden. Dadurch wird die Gefahr von Schwingungsbrüchen der Drähte bei einer elektrischen Maschine mit einem derartigen Anker beträchtlich vermindert.

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Ankers mit einem derartigen Kommutator lässt sich die Verbindung der Ankerwicklungen mit den Haken des Kommutators mittels Laserschweißung durch die Ausnehmung hindurch vornehmen. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Prozesssicherheit aus, da das Hot-Staking-Verfahren vermieden wird.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine stark vereinfachte elektrische Maschine in einem Längsschnitt, Figur 2 einen Teil eines Kommutators, Figuren 3-5 die Herstellungsschritte einer Verbindung eines Kommutatorhakens mit Wicklungsdrähten.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Figur 1 zeigt einen als Gleichstrommotor ausgebildeten Elektromotor 10. Ein derartiger Elektromotor 10 wird vorzugsweise in Kraftfahrzeugen als Fensterheber, Wischerantrieb oder dergleichen verwendet.

Im Gehäuse 12 ist die Welle 14 eines Ankers 16 drehbar um eine Rotationsachse 18 gelagert. Als Kupferlackdrähte ausgebildete Wicklungsdrähte 20 der auf dem Blechpaket 22 des Ankers 16 angeordneten Ankerwicklung sind mit einem Hakenkommutator 24 verbunden, auf dem nicht gezeigte Bürsten schleifen.

In der Figur 2 ist ein Ausschnitt des Hakenkommutators 20 in einer perspektivischen Ansicht im Bereich eines Hakens 26 gezeigt. Der doppelt um den Haken 26 gelegte Wicklungsdraht 20 ist dabei aufgetrennt dargestellt.

Der Haken 26 umfasst zwei durch einen Längsschlitz 28 getrennte Flügel 30 und hat eine Länge 31. Vorzugsweise verlaufen die Flügel 30 im wesentlichen parallel zueinander und zur Längsachse des Hakenkommutators 20, die mit der Rotationsachse 18 (Figur 1) übereinstimmt. Die Flügel 30 sind über einen bogenförmigen Ansatz 32, der vorzugsweise im Wesentlichen einen Halbkreis beschreibt, mit der dem Haken 26 zugeordneten Lamelle 34 verbunden. Durch die Anordnung der Flügel 30 verläuft auch der Längsschlitz 28 im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Kommutators 20.

Die Breite 36 des Längsschlitzes 28 beträgt im Wesentlichen ein Drittel der Breite 38 des Hakens 26. Es ist alternativ oder zusätzlich möglich, dass die Breite 36 des Längsschlitzes 28 im Wesentlichen der doppelten Dicke 40 des Hakens 26 entspricht.

Diese Angaben beinhalten natürlich Abweichungen, insbesondere fertigungsbedingte Abweichungen, im Bereich von einigen Zehntelmillimetem bis Millimetern.

Zwar erstreckt sich der Längsschlitz 28 ausgehend vom freien Ende 41 des Hakens 26 aus in Richtung des Ansatzes 32 des Hakens 26. Es ist aber auch denkbar, dass der Längsschlitz 28 sich nicht vom freien Ende des Hakens 26 unter Bildung zweier Flügel 30 erstreckt, sondern das dass freie Ende 41 geschlossen ist. Auch muss sich der Längsschlitz 28 nicht, wie gezeigt, im Wesentlichen bis zum Ansatz 32 des Hakens 26 erstrecken, sondern kann auch ein Stück davon entfernt enden. Durch die Erstreckung bis zum Ansatz 32 jedoch sind die sich unter den Flügeln 30 befindenden Wicklungsdrähten von außen leichter zugänglich.

Statt eines Längsschlitzes 28, d. h. eines Schlitzes, der sich in Längsrichtung des Hakens 26 bzw. der Flügel 30 erstreckt, kann auch eine andere Form einer sich quer durch den Haken 26 erstreckenden Ausnehmung vorgesehen sind, beispielsweise eine runde, elliptische oder sonstige Ausnehmung.

Wie aus der Figur 3 hervorgeht, wird bei der Herstellung des Ankers 16 zunächst der Wicklungsdraht 20 zweimal bzw. so oft wie notwendig, zum Beispiel im sogenannten "Flyer-Wickelverfahren"um den Haken 26 des Hakenkommutators 24 gelegt.

Anschließend wird, wie in der Figur 4 verdeutlicht, der Haken 26 mit einem Stempel 42 an den Kommutator 24 gedrückt und damit zugebogen. Dadurch wird der Wicklungsdraht 20 mechanisch fixiert. Dann wird, wie in Figur 5 gezeigt, der Wicklungsdraht 20 durch einen durch den Längsschlitz 28 gerichteten Laserstrahl 43, der von einer Laserquelle 44 erzeugt wird, aufgeschmolzen. Dabei werden auch Teile des Hakens 26, d. h. die Innenbereiche der Flügel 30 gegebenenfalls des Ansatzes 32 aufgeschmolzen. Dadurch entsteht eine echte metallische Verbindung des Kupfers des Haken 26 und des Kupfers des Wicklungsdrahtes 20 mit geringen und gut reproduzierbaren Übergangswiderständen.

Durch das Aufschmelzen entstandene mechanische Schwachstellen des Wicklungsdrahtes 20 befinden sich mittig unter dem Haken 26. Die Bereiche an den Außenkanten des Hakens 26 Werte nicht geschwächt.