Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Heißverpressen

(Englisch: Hot Staking) von Haken an Kommutatoren elektrischer Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 8. Die Haken sind an Lamellen des Kommutators angeordnet. Eine erste Elektrode, auch Schweißelektrode genannt, kontaktiert die Haken elektrisch und drückt sie an die jeweilige Lamelle. Eine zweite Elektrode, auch Masseelektrode genannt, wird in Umfangsrichtung seitlich auf der Lamelle, auf der der

Haken angeordnet ist, aufgesetzt. Der Schweißstrom und die daraus resultierende Wärme werden über den Haken bzw. die Schweißelektrode in die Laufbahn zur Masseelektrode geleitet. Dies kann zu unzulässiger Erwärmung bis hin zur Zerstörung insbesondere der Lötverbindung bei Kohlekommutatoren zwischen Kupferträger und Kohlesegmenten sowie Beschädigungen oder Brüchen der Kohlesegmente durch die aufsitzende

Masseelektrode führen.

Vorteile der Erfindung

Das erfϊndungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum

Heißverpressen von Haken an Kommutatoren für elektrische Maschinen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 8 hat demgegenüber den Vorteil, dass sowohl die Erwärmung als auch die Beschädigungsgefahr der Kupfer- bzw. Kohlesegmente durch die aufsitzende Masseelektrode reduziert wird.

Dies wird erreicht durch ein Verfahren zum Heißverpressen von Haken an Kommutatoren, wobei die Haken an Lamellen des Kommutators angeordnet sind, wobei eine erste Elektrode Haken elektrisch kontaktiert sowie an Lamellen drückt, wobei wenigstens eine zweite Elektrode in Umfangsrichtung seitlich auf der Lamelle, auf der der Haken angeordnet ist, aufgesetzt wird, und wobei die wenigstens zweite Elektrode auf den Lamellen in Umfangsrichtung auf beiden Seiten der Haken aufgesetzt wird.

Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich besonders eine Vorrichtung zum Heißverpressen von Haken an Kommutatoren, wobei die Haken an Lamellen des Kommutators angeordnet sind, mit einer ersten Elektrode, die die Haken elektrisch

kontaktiert und an die Lamellen drückt, und wenigstens einer zweiten Elektrode, die in Umfangsrichtung seitlich auf den Lamelle, auf denen die Haken angeordnet sind, zur Anlage kommt, und wobei die wenigstens zweite Elektrode in Umfangsrichtung die Haken beidseitig beaufschlagt.

Dies ermöglicht eine gleichmäßige Anordnung der Gabelelektrode rechts und links der Kommutatorhaken bzw. Alphaschlaufen.

Wenn die zweite Elektrode auf beiden Seiten der Haken Druckstellen erzeugt, so ist eine einfache Sichtprüfung möglich.

Bei einem Kommutator mit Haken, um die Wicklungsdrähte eines Ankers geschlungen sind und die mit den Wicklungsdrähten heißverpresst sind, der nach einem derartigen Verfahren hergestellt ist, sind in Umfangsrichtung auf beiden Seiten der Haken Stellen zum Aufsetzen einer Elektrode ausgebildet. Vorzugsweise sind auf beiden Seiten der

Haken Druckstellen ausgebildet, damit auf einfache Weise eine visuelle Prüfung durchgeführt werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei einem derartigen Kommutator um einen Plankommutator, da hier am Umfang kein Platz für Bürsten vorgesehen werden muss, baut ein Plankommutator entsprechend kurz. Dies wirkt sich auch auf die Baulänge einer elektrischen Maschine aus, in der der Kommutator verwendet wird. Besonders bei den beengten Platzverhältnissen in einem Tank eines Kraftfahrzeugs wirkt sich die vorteilhaft aus, weshalb besonders die Verwendung in einer Kraftstoffförderpumpe bevorzugt wird.

Ein einfacher konstruktiver Aufbau der Vorrichtung ergibt sich, wenn die zweite Elektrode eine Ausnehmung hat, durch die die erste Elektrode hindurchgeführt werden kann. Die Prozesssicherheit wird erhöht, indem in der Ausnehmung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode ein Spalt vorgesehen ist, der groß genug ist, dass während der

Bearbeitung kein Spannungsüberschlag auftritt.

Ist die zweite Elektrode am Außenumfang einer Scheibe ausgebildet, deren Mittelachse senkrecht zur Längsachse des Kommutators verläuft, ergibt sich ein Werkzeug mit einem einfachen Aufbau. In einer vorteilhaften Weiterbildung sind am Außenumfang der

Scheibe mehrere zweite Elektroden vorgesehen. Dadurch kann die Ausnehmung weitergeschaltet werden, wodurch sich der Werkstoff um die Ausnehmungen herum nicht so sehr abnutzt. Dies erhöht die Standzeit.

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 elektrische Maschine in einem Längsschnitt und Figur 2 einen Kommutator der elektrischen Maschine sowie ein Detail aus einer Vorrichtung zum Verpressen der Haken des Kommutators und Figur 3 die Figur 2 in einer anderen Ansicht.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Figur 1 ist ein Teil einer elektrischen Maschine 10 in einem Längsschnitt vereinfacht dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen bürstenbehafteten Gleichstrommotor, auch Kommutatormotor genannt, der vorzugsweise in einer Kraftstoffpumpe eines Kraftfahrzeugs zur Anwendung kommt. Es sind jedoch andere Anwendungen beispielsweise in einem Lüfter, Fensterheber, Wischerantrieb, Sitzversteller oder sonstigen Anwendungen in einem Kraftfahrzeug denkbar. Es kann sich aber auch um einen Generator handeln. Die elektrische Maschine 10 hat vorzugsweise nur eine Drehrichtung, weshalb sie besonders für den bereits erwähnten Lüfterantrieb bestimmt ist. Auch aufgrund der niedrigen Geräusche ist die elektrische Maschine 10 am besten für einen Lüfterabtrieb geeignet.

In der elektrischen Maschine 10 ist auf der Welle für den Fall, dass es sich um einen bürstenbehafteten Gleichstrommotor handelt, ein Kommutator angeordnet. Im Falle eines

Generators wäre dies ein Schleifring.

Die elektrische Maschine 10 umfasst ein Gehäuse, insbesondere ein Polrohr 12, und einen darin angeordneten Anker 14. Der Anker 14 weist eine Welle 16 und ein Ankerpaket 18 mit einer Ankerwicklung 20 auf. Die Ankerwicklung 20 ist über Drähte 22 mit Haken 32

(Figur 2) eines Kommutators 24 verbunden. Die Drähte 22 der Ankerwicklung 20 sind um die Haken 22 geschlungen und mit diesen heißverpresst. Der Kommutator 24 wird von zwei nicht dargestellten Kohlebürsten bzw. Bürsten beaufschlagt. Die Bürsten sind auf einem ebenfalls nicht dargestellten Bürstenhalter angeordnet, der als Kunststoffspritzgussteil hergestellt ist. Die Welle 16 ist in zwei stirnseitigen Lagern 26 angeordnet, die in ihrerseits in zwei Lagerdeckeln 28 befestigt sind. Schließlich sind am Innenumfang des Polrohrs 12 um das Ankerpaket 18 herum Magnete 30 angeordnet.

In den Figuren 2 und 3 ist der Kommutator 24, bei dem es sich um einen Plankommutator handelt, zusammen mit Teilen einer Vorrichtung 34 zum Heißverpressen der Haken 32 näher dargestellt. Die Haken 32 sind an Lamellen 36 des Kommutators 24 ausgebildet. Die Lamellen 36 und Haken 32 sind typischerweise aus Kupfer hergestellt. Die Lamellen 36 stehen schräg ab. Die Drähte 22 der Wicklung, die zunächst beim Bewickeln des Ankers 14 um die Haken 32 gelegt werden, sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.

Die Vorrichtung 34 umfasst eine erste und eine zweite Elektrode 38, 40. Die erste Elektrode 38 ist eine Schweißelektrode hat die Form eines Stempels und ist in radialer Richtung des eingespannten Kommutators 24 verschieblich. Sie dient einerseits der elektrischen Kontaktierung der Haken 32. Andererseits dient sie dazu die Haken 32 an die Lamellen 36 zu pressen.

Die zweite Elektrode 40 ist eine Masseelektrode am Außenumfang einer Scheibe 42 angeordnet. Die gestrichelt dargestellte Mittelachse 44 der Scheibe 42 steht senkrecht auf der ebenfalls gestrichelt dargestellten Mittelachse 46 des Kommutators 24. Die zweite Elektrode 40 hat eine Ausnehmung 41, durch welche die erste Elektrode 38 hindurchgeführt wird. Zwischen den beiden Elektroden 38, 40 ist ein Spalt 45 vorgesehen, der groß genug ist, dass während einer Bearbeitung kein Spannungsüberschlag auftritt. Die zweite Elektrode 40 hat die Form einer Gabel mit zwei Kontaktstellen 48. Dadurch kommt die zweite Elektrode in Umfangsrichtung des Kommutators 24 auf beiden Seiten der jeweiligen Lamelle 36, auf der ein Haken 32 angeordnet ist, zur Anlage.

Es ist möglich, dass nur eine zweite Elektrode 40 vorgesehen ist. Es ist allerdings bevorzugt, dass mehrere zweite Elektroden 40 wie dargestellt am Außenumfang de Scheibe 42 angeordnet sind, da dies die Standzeit erhöht.

Beim Heißverpressen der Haken 32 am Kommutator 24, wird die Elektrode 38 an einen Haken 32 geführt. Dann kommt die Elektrode 40 zur Anlage auf beiden Seiten des jeweiligen Hakens 32. Dabei werden von den Kontaktstellen 48 der Elektrode 40 auf beiden Seiten des Hakens 32 die in der Figur 2 nur symbolisch angedeuteten Druckstellen

50 auf der Lamelle 36 erzeugt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass nur die Hakenunterstützung kontaktiert wird. Die Breite der Ausnehmung 41 wird auch so ausgeführt, dass keine Berührung der Elektrode 40 mit den unter den Haken liegenden Drähten 22, auch Alphaschlaufen genannt, stattfindet. Das Aufsetzen der Elektrode 40 erfolgt im Hakenbereich gleichmäßig rechts und links auf der Lamelle bzw. der so genannten Hakenunterstützung. Durch das Nachführen der Elektrode 38 auf den Haken 32 und den damit verbundenen Stromfluss zwischen den beiden Elektroden 38, 40 wird der Haken 32 erwärmt und mit dem Kupferaußendurchmesser des Kommutators bzw. der Lamelle 36 heiß verpresst. Gleichzeitig wird die Lackschicht des sich unter dem Haken 32 befindlichen Drahtes 22 zum Schmelzen gebracht und somit die Verbindung vom

Haken 32 zur Ankerwicklung 20 hergestellt. Der Vorteil dieses Hot-Stakingverfahrens mit der „Gabelelektrode" 40 ist, dass die auftretende Wärme sich durch diese Anordnung nicht so stark in die Lamellen 36 bzw. Lötverbindung des Kommutators 24 ausbreiten kann und somit eine Beschädigung oder Zerstörung der Lötverbindung und Lamellenbeschädigungen vermindert.

Wichtig ist auch, dass in Umfangsrichtung auf beiden Seiten der Haken 32 Stellen zum Aufsetzen der Elektrode 40 ausgebildet sind. Durch die dort erzeugten Druckstellen 50 ist der Kommutator 24 hinterher visuell daraufhin prüfbar, ob die Elektrode richtig aufgesetzt worden ist.