Bei einem bekannten Rotor dieser Art (WO 90/04864) sind die Anschlußfahnen an den Kollektor-oder Kommutatorlamellen als unter einem spitzen Winkel zu den Lamellen hin zurückgebogene Haken ausgeführt, in deren Hakengrund jeweils ein Wicklungsdraht umläuft. Die elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Wicklungsdrähten und den Anschlu$fahnen erfolgt durch Umbiegen der Haken und durch Ultraschallverschweißen der Hakenenden auf den Kollektorlamellen, wozu eine Sonotrode einer Ultraschall- Torsionsschweißvorrichtung zugleich als Biegewerkzeug verwendet wird.

Bei einer bekannten Ultraschschall-Torsionsweißvorrichtung zum Befestigen der Wicklungsdrähte an den Anschlußfahnen der Kommutatorlamellen (DE 89 02 562 Ul) mit einer hochfrequente, mechanische Schwingungen erzeugenden Sonotrode, die sich mit Axialkraft auf die um die Anschlußfahnen gelegten Drahtwindungen der Wicklungsdrähte aufpreßt, und mit einem die Anschlußfahnen während des Schweißprozesses abstützenden Amboß ist der Amboß und das freie Ende jeder Anschlußfahne mit den Sonotrodenandruck und die Sonotrodenschwingungen quer zur Andruckrichtung aufnehmenden Stützflächen versehen, welche vor Beginn des Schweißprozesses durch eine Relativbewegung des Ambosses und der Anschlußfahnen aneinander anlegbar sind. Die an dem radial zur Sonotrodenachse zuführbaren Amboß ausgebildete Stützfläche hintergreift dabei die Anschlußfahnen der Kommutatorlamellen auf deren von der Sonotrode abgekehrten Rückseite und nimmt somit den Axialdruck der Sonotrode weitgehend auf. Die Sonotrode besitzt eine ebene, ringförmige Schweißfläche, die auf die Wicklungsdrähte aufgepeßt wird.

In beiden Fällen erfordert der Einsatz des Ultraschall- Torsionsschweißverfahrens eine besondere geometrische Gestaltung der die Wicklungsdrähte aufnehmenden Anschlußfahnen und diese wiederum eine besondere Wickeltechnik der Rotorwicklung. Darüber hinaus ist ein gewisser Mindestabstand zwischen dem Rotorkörper und dem Kommutator erforderlich, um die Abstützflächen des Ambosses radial hinter die Anschlußfahnen führen zu können.

Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 7 oder des Anspruchs 9 hat den Vorteil, daß das Ultraschall-Torsionsschweißen mit seinen fertigungstechnischen Vorteilen auch bei herkömmlichen Rotoren einsetzbar ist, und zwar nur mit geringen oder keinen Änderungen der Rotorgeometrie.

Durch die erfindungsgemäße Abstützung des kompletten Kommutators am Rotorkörper gemma$ Anspruch 1 wird der Kommutator gegen Verschieben auf der Rotorwelle beim Schweißen gesichert, so daß kein gesonderter Amboß zur Aufnahme der großen Axialkräfte der Sonotrode erforderlich ist. Zum evtl. aber nicht unbedingt erforderlichen Abfangen der noch verbleibenden, auf die Anschlußfahnen wirkenden, geringen Axialkräfte ist es ausreichend, entsprechend kleinvolumige Abstützflächen des Ambosses radial zur Rotorwelle zuzuführen, für deren Zuführung auch bei herkömmlichen Rotoren noch genügend Platz zwischen den Wickelköpfen der Rotorwicklung am Rotorkörper und den Anschlußfahnen am Kommutator bzw. durch Ausnehmungen im Rotorkörper vorhanden ist.

Alternativ und abhängig von der Geometrie der Anschlußfahnen können gemma$ einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung auch die Anschlußfahnen zumindest in ihrem Abbiegebereich von den Kommutatorlamellen an dem Isolierstoffkörper abgestützt werden.

Durch das gemäß Anspruch 7 alternative oder zusätzliche Abbiegen der Anschlußfahnen um ca. 90° nach außen und die hakenartige Abwinklung des Endes der Anschlußfahnen zu einem Sicherungshaken gegen das Weggleiten der um die Anschlußfahnen herumgeschlungenen Anschlußdrähte beim Schweißprozeß kann eine automatisch durchführbare Anhaketechnik realisiert werden, die recht ähnlich der Technik an bestehenden Erzeugnissen ist.

Eine zusätzliche Drahtsicherung für den Wickelvorgang gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird durch die T-förmige Ausbildung des freien Endes der Anschlußfahnen erzielt.

Wenn gemäß der alternativen oder verbesserten Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 9 und 10 Drahtfangnasen auf den den Kommutatorlamellen zugekehrten Innenflächen der um ca.

135° nach außen umgebogenen Anschlußfahnen vorgesehen werden,

kann bei herkömmlichen Rotoren die bisherige Anhaketechnik beibehalten werden, wobei die Drahtfangnasen verhindern, daß beim Schwei$vorgang die Anschlußdrähte in den Winkel-oder Hakengrund hineinrutschen.

Eine auf die erfindungsgemäße Gestaltung des Rotors abgestellte Vorrichtung zum Ultraschall-Torsionsschwei$en ist in Anspruch 11 angegeben.

Will man Änderungen an den Anschlußfahnen zum Abfangen des Abrutschens der Anschlußdrahtwindungen beim Schweißprozeß vermeiden, so können gemäß einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung gemma$ Anspruch 9 und 13 die Drahtfangnasen von den Anschlußfahnen auf die Abstützflächen eines beim Schweißvorgang die Anschlußfahnen abstützenden Ambosses verlagert werden. Hierzu sind gemäß der in Anspruch 13 angegebenen Vorrichtung zum Ultraschall-Torsionsschweißen die mit 45° zur Sonotrodenachse verlaufenden Abstützflächen des Ambosses mit Drahtklemmsegmenten versehen, die nach Anlegen der Abstützflächen an die von den Kommutatorlamellen wegweisenden Außenflächen der Anschlußfahnen an mindestens einer Seite jeder Anschlußfahne im Bereich des mit den Kommutatorlamellen eingeschlossenen Winkel-oder Hakengrunds aber die Innenfläche der Anschlußfahnen vorstehen.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1,7 oder 9 und 10 angegebenen Rotors möglich.

Zeichnung Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in jeweils schematischer Darstellung :

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Rotors für eine Kommutatormaschine, Fig. 2 ausschnittweise eine Stirnansicht des Rotors ohne Rotorwicklung in Richtung Pfeil II in Fig. 1, Fig. 3 ausschnittweise einen Längsschnitt eines Rotors gemma$ einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 4 ausschnittweise eine Stirnansicht eines Kommutators des Rotors in Fig. 3 in Richtung Pfeil IV in Fig. 3, Fig. 5 einen Längsschnitt eines abgewandelten Kommutators für einen Rotor gemma$ einem dritten Ausführungsbeispiel, Fig. 6 ausschnittweise eine Stirnansicht des Kommutators in Richtung Pfeil VI in Fig. 5, Fig. 7 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 6 eines modifizierten Kommutators, Fig. 8 einen Längsschnitt eines modifizierten Kommutators des Rotors in Fig. 1 in Verbindung mit einem ausschnittweisen Längsschnitt einer Ultraschall-Torsionsschweißvorrichtung, Fig. 9 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts IX in Fig. 8, Fig. 10 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 9 mit modifizierten Anschlußfahnen der Kommutator- lamellen des Kommutators in Fig. 8.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Der in Fig. 1 im Längsschnitt schematisiert dargestellte Rotor oder Anker für eine Kommutator-oder Kollektormaschine besitzt eine Rotorwelle 10 zur Drehlagerung in einem Maschinengehäuse, die einen als lamelliertes Blechpaket ausgeführten Rotorkörper 11 und einen Kommutator 12 trägt. Der Rotorkörper 11 ist mit über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten Axialnuten 13 (Fig. 2) versehen, in denen eine Anker-oder Rotorwicklung 14 aufgenommen ist. Die Rotorwicklung 14 ist mit mehreren Wicklungsspulen ausgeführt, die über Anschlußdrähte 15 mit dem Kommutator 12 elektrisch verbunden ist. Der Kommutator 12 besitzt einen drehfest auf der Rotorwelle 10 sitzenden Isolierstoffkörper 16 und eine Vielzahl von auf dem Isolierstoffkörper 16 angeordneten, in dessen Umfangsrichtung mit Isolierspalt nebeneinanderliegenden, sich achsparallel erstreckenden Kollektor-oder Kommutatorlamellen 17. Von den dem Rotorkörper 11 zugekehrten Enden der Kommutatorlamellen 17 sind jeweils Anschlußfahnen 18 einstückig radial nach außen wegstehend abgebogen, die mit den Anschlußdrähten 15 belegt sind. Dabei ist jeweils eine Kommutatorlamelle 17 des Kommutators 12 über einen Anschlußdraht 15 mit einer Wicklungsspule der Rotorwicklung 14 verbunden. Die Anschlußdrähte 15 werden bei der automatischen Bewicklung des Rotors um die Anschlußfahnen 18, z. B. in a-Anhaketechnik, herumgeschlungen, wie dies für eine Anschlußfahne 18 in Fig. 2 dargestellt ist. An den freien Enden der AnschluSfahnen 18 ausgebildete Querstege 181 verhindern dabei ein Abrutschen der Anschlußdrähte 15 von den Anschlußfahnen 18.

Die mechanische Verbindung der Anschlußdrähte 15 der Rotorwicklung 14 mit den AnschluSfahnen 18 der Kommutatorlamellen 17 erfolgt mittels eines an sich bekannten Ultraschall-Torsionsschwei$prozesses, bei dem eine in Fig. 1 strichliniert angedeutete, hohlzylindrische Sonotrode 20 mit Spiel über den Außenumfang des Kommutators 12 geschoben und

mit einer an ihrer Stirnseite vorhandenen ebenen, ringförmigen Schweißfläche 21 auf die Anschlußdrähte 15 auf der Oberseite der Anschlu$fahnen 18 aufgedrückt wird. Beim Schweißvorgang führt die Sonotrode 20 hochfrequente Torsionsschwingungen mit sehr kleine Amplituden aus, wobei ihre Schweißfläche 21 mit einer Axialkraft von beispielsweise ca. 100 N auf die Anschlußdrähte 15 aufgedrückt wird. Damit der Kommutator 12 die Axialkräfte der Sonotrode 20 beim Schweißprozeß ohne Beschädigung oder ohne Verlagerung auf der Rotorwelle 10 aufnehmen kann, ist der Isolierstoffkörper 16 an der ihm zugekehrten Stirnseite 111 des drehfest auf der Rotorwelle 10 sitzenden Rotorkörpers 11 axial abgestützt. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 erfolgt die Abstützung des Isolierstoffkörpers 16 mittels eines an der Stirnseite des Isolierstoffkörpers 16 vorstehenden, einstückig angeformten Bundes 161, dessen Außendurchmesser gegenüber dem des Isolierstoffkörpers 16 reduziert ist. Zusätzlich ist an dem Isolierstoffkörper 16 noch ein Radialflansch 162 ausgebildet, der zur Abstützung der Anschlußfahnen 18 in deren Umbiegungsbereich nahe den Kommutatorlamellen 17 dient.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist der Bund 161 mit einem gegenüber dem Außendurchmesser des Isolierstoffkörpers 16 größerem Außendurchmesser ausgeführt, so daß sich am Übergang der Abschnitte des Isolierstoffkörpers 16 mit unterschiedlichen Außendurchmessern eine Radialschulter 163 ergibt, die in gleicher Weise zur Abstützung der Anschlußfahnen 18 im Abbiegebereich genutzt wird.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 erfolgt die Abstützung des Kommutators 12 bzw. des Isolierstoffkörpers 16 an der Stirnseite 111 des Rotorkörpers 11 mittels einer zwischen einander zugekehrten Stirnflächen von Isolierstoffkörper 16 und Rotorkörper 11 angeordneten, auf die Rotorwelle 10 aufgeschobenen Stützhülse 19 aus Metall, Kunststoff, Papier oder ähnlichem. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist der

Isolierstoffkörper 16 mit einem Radialflansch 162 zur Abstützung der Anschlu$fahnen 18 in deren Umbiegungsbereich nahe den Kommutatorlamellen 17 versehen. Alternativ kann die Abstützung des Isolierstoffkörpers 16 am Rotorkörper 11 auch mittels einer an den Isolierstoffkörper 16 oder an den Rotorkörper 11 angelierten Pulverschicht, vorzugsweise aus Epoxydharz, vorgenommen werden.

Wie in Fig. 1 noch strichliniert angedeutet ist, können beim Schweißvorgang die Anschlußfahnen 18 in dem über den Radialflansch 162 hinaus überstehenden Endbereich noch zusätzlich durch Abstützflächen 22 eines Ambosses 23 axial abgestützt werden. Die Abstützflächen 22 werden dabei radial zugeführt, wozu der Ambon 23 in zwei Hälften mit je einer halbringartigen Abstützfläche 22, die sich radial zur Sonotrodenachse erstreckt, unterteilt ist. Diese Abstützflächen 22 sind aber nur bei langen radial abstehenden Anschlu$fahnen 18 erforderlich, die relativ weit über den Radialflansch 162 überstehen, und müssen nur noch geringe Axialkräfte der Sonotrode 20 aufnehmen.

Bei dem Ausführungsbeispiel des Rotors gemäß Fig. 3 können die Anschlußfahnen 18 in ihrem Überstehbereich über den Außenumfang des Isolierstoffkörpers 16 auch durch axial zugeführte Stützflächen eines Ambosses während des Schweißvorgangs abgestützt werden. Diese Abstützflächen 22 werden von den Stirnflächen von Auflagebolzen 24 gebildet, die parallel zur Rotorwelle 10 durch Ausnehmungen 112 im Rotorkörper 11 hindurchgeführt und an die dem Rotorkörper 11 zugekehrte Rückseite der Anschlußfahnen 18 angelegt werden.

Bei den in Fig. 1-7 dargestellten Kommutatoren 12 sind die Anschlußfahnen 18 rechtwinklig von den Kommutatorlamellen 17 abgebogen. Am freien Ende der Anschlußfahnen 18 sind Sicherungsmaßnahmen getroffen, um beim automatischen Wickeln der Rotorwicklung 14 bei gleichzeitigem Anhaken der

Anschlußdrähte 15 an die Anschlußfahnen 18 ein Abrutschen der Anschlußdrähte 15 von den radial nach außen gerichteten Anschlußfahnen 18 zu verhindern. Bei den beiden in Fig. 1 und 2 sowie 3 und 4 dargestellten Kommutatoren 12 sind diese Sicherungsmaßnahmen durch die Querteile 181 am freien Ende der Anschußfahnen 18 realisiert. Um bei diesem in herkömmlicher Weise bewickelten Rotor das Ultraschall- Torsionsschweißverfahren einsetzen zu können, ist es erforderlich, beim Schweißprozeß das Verrutschen der um die Anschlußfahnen 18 herumgelegten Anschußdrähte 18 zu verhindern. Hierzu sind bei dem Kommutator gemäß Fig. 5 die Endabschnitte 182 am freien Ende der Anschlußfahnen 18 hakenartig abgewinkelt, und zwar so, da$ die Haken vom Rotorkörper 11 wegweisen. Um eine zusätzliche Drahtsicherung beim Anhaken der Anschlußdrähte 15 zu erreichen, können die hakenartigen Endabschnitte 182 noch T-förmig ausgebildet sein, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Beim Aufdrücken der Sonotrode 20 auf die Anschlußdrähte 15 stützen die Anschlußdrähte 15 sich an den Endabschnitten 182 der Anschlußfahnen 18 ab und können somit nicht unter den Schweißflächen 21 der Sonotrode 20 weggleiten.

Bei dem in Fig. 8 dargestellten Kommutator 12 sind die Anschlußfahnen 18 von den Kommutatorlamellen 17 aus über einen Umbiegungswinkel von ca. 135° gebogen, so da$ die Anschlußfahnen 18 mit den Kommutatorlamellen 17 einen spitzen Winkel von ca. 45° einschließen. Um bei Rotoren mit solchermaßen ausgebildeten Kommutatoren 12 das Ultraschweiß- Torsionsverfahren einführen zu können, ist die Sonotrode 20 der Schweißvorrichtung dahingehend modifiziert, daß ihre ringartige Schweißfläche 21'so abgeschrägt ist, daß sie mit der Sonotrodenachse einen Winkel von etwa 135° einschließt und damit etwa parallel zu den zu den Kommutatorlamellen 17 weisenden Innenflächen 183 der Anschlußfahnen 18 verläuft.

Damit kann die Sonotrode 20 mit ihrer Schweißfläche 121'in den V-förmigen Winkel-oder Hakengrund zwischen den

Anschlußfahnen 18 und den Kommutatorlamellen 17 eintauchen und verschweißt die Anschlußdrähte 18 nach außen an der Innenfläche 183 der Anschlu$fahnen 18.

Die beim Schweißvorgang auf die Anschlußfahnen 18 wirkenden Axialkräfte der Sonotrode 20 werden-soweit sie nicht von dem über den Bund 161 sich am Rotorkörper 11 abstützenden Isolierstoffkörper 16 abgefangen werden-hier durch den Amboß 23 aufgenommen, der in zwei Hälften unterteilt ist und radial zur Sonotrodenachse zuführbar ist. Der Amboß 23 weist zwei halbringartig sich an die Außenfläche der Anschlußfahnen 18 anlegende Abstützflächen 22'auf, die mit der Sonotrodenachse einen Winkel von 45° einschließen und damit parallel zu der abgeschrägten ringförmigen Schweißfläche 21'der Sonotrode 20 verläuft.

Um während des Schwei$prozesses ein Abrutschen der um die Anschlußfahnen 18, z. B. in a-Anhaketechnik, herumgeschlungenen Anschlußdrähte 15 in den Hakengrund zu verhindern, sind zwei alternative Maßnahmen getroffen, die in Fig. 9 und 10 dargestellt sind. In Fig. 9 sind die Abstützflächen 22'des Ambosses 23 mit einer Vielzahl von Drahtklemmsegmenten 25 versehen, die beim Anlegen der Abstützflächen 22'an die Außenflächen 184 der Kommutatorlamellen 18 an mindestens einer Seite jeder Anschlußfahne 18 im Bereich des Hakengrunds über die Innenfläche 183 der Anschlußfahnen 18 vorstehen, somit die Freispalte zwischen Innenfläche 183 der Anschlußfahnen 18 und der Schweißfläche 21'der Sonotrode 20 zum Hakengrund hin verengen und dadurch ein Hineinrutschen der Anschlußdrähte 15 in den Hakengrund verhindern.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 10 sind an der Innenfläche 183 aller Kommutatorlamellen 18 jeweils eine Drahtfangnase 26 ausgebildet, die im Bereich des zwischen Anschlußfahne 18 und Kommutatorlamelle 17 gebildeten Hakengrunds rechtwinklig über die Innenfläche 183 der Anschlußfahne 18 vorsteht und einen Anschlag für die Anschlußdrähte 15bildet. Damit wird ebenfalls ein Abrutschen der Anschlußdrähte 15 in Richtung Hakengrund verhindert.