Beschreibung

Titel

Kommutator für eine elektrische Maschine sowie Herstellungs- verfahren für einen Kommutator

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Kommutator für eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine elektrische Maschine gemäß Anspruch 7 sowie ein Herstellungsverfah- ren für einen Kommutator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs

In Fig. 3 ist ein Kommutator zur Kommutierung von Gleichstrommaschinen aus dem Stand der Technik gezeigt. Der Kommu- tator weist eine am Außenumfang angeordnete Umfangslauffläche aus Kupfer oder einer Kupferlegierung zur Kontaktierung von nicht gezeigten Kohlebürsten auf. Dabei ist die Umfangslauf- fläche aus einzelnen in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten und jeweils durch einen in axialer Richtung verlau- fenden Schlitz voneinander getrennten Metalllamellen gebildet. Die Umfangslauffläche des Kommutators wird spanend in zwei Schritten, durch Schruppen und darauffolgendes Schlichten bearbeitet, um die gewünschten Geräuschsanforderungen zu erreichen. Wie in Fig. 3 schematisch dargestellt ist, bleiben insbesondere die beim Schlichten entstehenden Späne am axialen Ende der Isolierschlitze hängen. Während des Betriebs einer mit dem gezeigten Kommutator ausgestatteten elektrischen Maschine, insbesondere eines Fensterhebermotors, können die Späne dann abreißen bzw. sich ablösen und zu einer Einschrän-

kung der Funktion der elektrischen Maschine, insbesondere durch das Verursachen von Kurzschlüssen führen.

Offenbarung der Erfindung

Technische Aufgabe

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kommutator vorzuschlagen, durch den die Gefahr einer Beschädigung einer mit dem Kommutator ausgestatteten elektrischen Maschine minimiert ist. Ferner besteht die Aufgabe darin, eine entsprechende elektrische Maschine sowie ein Herstellungsverfahren für einen solchen Kommutator vorzuschlagen.

Technische Lösung

Hinsichtlich des Kommutators wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich der elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und hinsichtlich des Her- Stellungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Kommutator derart auszubilden, dass sich die Umfangslauffläche nicht bis zu dem den Befestigungsmitteln gegenüberliegenden axialen Ende des Kommutators erstreckt, sondern lediglich bis zu einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Absatz, der die Umfangslauffläche in radialer Richtung überragt. Die Umfangs- lauffläche erhält hierdurch eine geringere Axialerstreckung. Bei einem derart ausgebildeten Kommutator ist die Gefahr ge-

ring, dass sich bei der spanenden Bearbeitung entstehende Metallspäne im axialen Endbereich der Isolierschlitze verhaken, die die Umfangslauffläche bildenden Metalllamellen voneinander isolieren. Somit sinkt auch die Gefahr des unbeabsichtig- ten Ablösens von Metallspänen während des Betriebs einer mit einem derartigen Kommutator ausgestatteten elektrischen Maschine, insbesondere eines Fensterhebermotors. Die Gefahr, dass Metallspäne im axialen Endbereich der Isolierschlitze anhaften ist deshalb gering, da bei dem erfindungsgemäßen Kommutator die spanende Bearbeitung, insbesondere das

Schlichten nicht bis zu dem den Befestigungsmitteln gegenüberliegenden freien axialen Ende der Metalllamellen durchgeführt werden muss, sondern dass die spanende Bearbeitung, insbesondere zumindest das Schlichten vor Erreichen dieses axialen Endes beendet wird, wodurch randseitig an den, insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehenden Metalllamellen, der sich in Umfangsrichtung erstreckende erste Absatz entsteht. Da das Spanwerkzeug, insbesondere das Schlichtwerkzeug nicht bis zu dem axialen Ende der Metallla- mellen geführt wird, kann der Spanfluss mit axialem Abstand zu dem axialen Ende der Metalllamellen abreißen, wodurch ein Anhaften von Metallspänen, insbesondere in den zwischen den Metalllamellen befindlichen und sich in axialer Richtung erstreckenden Isolierspalten vermieden wird. Eine spanende Bearbeitung der Metalllamellen ist notwendig, um die durch die auf der Lauffläche entlang gleitenden Kohlebürsten entstehenden Geräusche zu minimieren.

In Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Befestigungsmittel von dem Metalllamellen gebildet sind. Bevorzugt ist mit jeder Metalllamelle jeweils mindestens ein Befestigungsmittel einstückig ausgebildet, wodurch auf ein separates Festlegen der Befestigungsmittel an den Metalllamellen verzichtet werden kann.

Mit Vorteil ist eine Ausführungsform der Erfindung, nach der die Umfangslauffläche zu beiden Axialseiten von sich in Um- fangsrichtung erstreckenden Absätzen begrenzt ist. Beide Ab- sätze überragen dabei die Umfangslauffläche in axialer Richtung. Anders ausgedrückt, ist die Umfangslauffläche radial nach innen abgesetzt. Die spanende Bearbeitung der Metalllamellen, zumindest das Schichten, erfolgt also in einem von den axialen Enden der Metalllamellen beabstandeten Axialab- schnitt, wodurch zu beiden Seiten der Umfangslauffläche ein Verhaken bzw. Anhaften von Spänen in den die Metalllamellen voneinander isolierenden Isolierschlitzen verhindert wird.

Von Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der der zweite sich in Umfangsrichtung erstreckende und die Umfangslauffläche in axialer Richtung begrenzender Absatz gegenüber dem ersten Absatz erhöht ausgebildet ist, d.h. eine größere Radialerstreckung aufweist. Diese unterschiedlichen Radialerstreckungen resultieren mit Vorteil aus der zweistufigen spanenden Bear- beitung der Metalllamellen. In einer ersten Bearbeitungsstufe werden die Metalllamellen geschruppt, wobei das Schruppen a- xial außen beginnt und in Richtung der Befestigungsmittel fortgesetzt wird. In einer zweiten, darauffolgenden spanenden Bearbeitungsstufe werden die Metalllamellen in die entgegen- gesetzte Richtung geschlichtet, wodurch der erste Absatz gebildet wird, der eine um den Materialabtrag des Schruppens geringere Radialerstreckung aufweist als der zweite Absatz.

Fertigungstechnisch ist es von Vorteil, wenn die Metalllamel- len aus einem Metallband hergestellt sind, es sich bei dem Kommutator also um einen sogenannten Bandkommutator handelt. Zur Herstellung der Umfangslauffläche wird bevorzugt ein Metallband, insbesondere ein Kupferband, um einen Träger aus Kunststoff, insbesondere ein Spritzguss- oder Formpressteil

gebogen und an diesem festgelegt. Daraufhin werden die in a- xialer Richtung verlaufenden und in Umfangrichtung beabstan- deten Isolierschlitze eingebracht, insbesondere eingesägt, die die hierdurch gebildeten einzelnen Metalllamellen vonein- ander isolieren. Die Isolierschlitze (Sägeschlitze) erstrecken sich bevorzugt in radialer Richtung bis in den Trägerkörper hinein. Daraufhin wird die Umfangsoberflache der Metalllamellen spanend bearbeitet - vorzugsweise in zwei Schritten, nämlich einem ersten Schruppschritt und in einem darauffolgenden Schlichtschritt. Dabei erfolgt die spanende Bearbeitung bevorzugt derart, dass der Kommutator und das Spanwerkzeug voneinander weg bewegt werden, bevor das Schlichtwerkzeug das axiale Ende der Metalllamellen erreicht, so dass der erste, die Umfangslauffläche in axialer Richtung begrenzende, endseitige Absatz entsteht. Durch die nichtdurchgängige spanende Bearbeitung wird ein Abreißen des Metallspanflusses mit axialem Abstand zu dem axialen freien Ende der Metalllamellen erreicht, wodurch ein Anhaften von Spänen in den Isolierschlitzen verhindert wird.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine elektrische Maschine, insbesondere ein Fensterhebermotor für Kraftfahrzeuge, mit einem an einer Ankerwelle festgelegten, zuvor beschriebenen Kommutator. Beschädigungen der elektrischen Maschine durch Metallspäne werden aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Kommutators mit Vorteil vermieden.

Ferner betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für einen zuvor beschriebenen Kommutator. Im Gegensatz zu den aus den Stand der Technik bekannten Metallkommutatoren mit Umfangslauffläche, wird zumindest ein spanender Herstellungsschritt vor Erreichen des den Befestigungsmitteln abgewandten axialen Endes der Metalllamellen unterbrochen, sodass ein sich in Umfangrichtung erstreckender, die Umfangslauffläche

in axialer Richtung begrenzender erster Absatz entsteht, der bevorzugt aus einer Vielzahl von in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten, durch die in axialer Richtung verlaufenden Isolierschlitze voneinander getrennten Teil- Umfangssegmenten besteht bzw. gebildet ist. Dabei ist es denkbar, dass sämtliche spanende Bearbeitungsschritte oder nur ein spanender Bearbeitungsschritt vor Erreichen des axialen Endes der Metalllamellen unterbrochen wird/werden, um einen Abriss des Spanflusses zu erzwingen.

In Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass zur Fertigung des ersten Absatzes der Kommutator zunächst in Rotation versetzt wird und daraufhin ein Spanwerkzeug (bevorzugt Schlichtwerkzeug) und der Kommutator derart relativ zueinander in radialer Richtung bewegt werden, bis das Spannwerkzeug eine Bearbeitungsebene erreicht. Daraufhin werden das Spannwerkzeug und der rotierende Kommutator in a- xialer Richtung relativ zueinander bewegt, sodass Metallspäne von den Metalllamellen abgetragen werden. Vor Erreichen des den Befestigungsmitteln gegenüberliegenden axialen Endes der Metalllamellen werden das Spanwerkzeug und der Kommutator wieder in radialer Richtung relativ zueinander bewegt, so dass das Spanwerkzeug aus der Bearbeitungsebene entfernt wird und somit der Metallspanfluss abreißt.

Bevorzugt wird der Kommutator als sogenannter Bandkommutator hergestellt, wobei hierzu ein Metallband, insbesondere mit bereits daran ausgebildeten Befestigungsmitteln um einen hohlzylindrischen Trägerkörper gebogen wird, woraufhin die Metalllamellen durch Einbringen, insbesondere Sägen von in axialer Richtung verlaufenden Isolierschlitzen gebildet werden. Erst daraufhin erfolgt die spanende Bearbeitung der Um- fangslauffläche .

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:

Fig. 1: eine Seitenansicht eines Kommutators mit einer von zwei in Umfangsrichtung verlaufenden Absätzen be- grenzten Lauffläche,

Fig. 2: eine Rückansicht des Kommutators gemäß Fig. 1 in einer verkleinerten Darstellung und

Fig. 3: eine Seitenansicht eines Kommutators nach dem Stand der Technik.

Ausführungsformen der Erfindung

In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet .

In Fig. 1 ist ein Kommutator 1 für eine nicht gezeigte e- lektrische Maschine, insbesondere ein Fensterhebermotor gezeigt .

Der Kommutator 1 umfasst einen hohlzylindrischen Trägerkörper 2 aus Kunststoff (vgl. Fig. 2), an dessen Außenumfang in Um- fangsrichtung hintereinander angeordnete Metalllamellen 3 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung angeordnet sind. Die Metalllamellen 3 sind voneinander separiert durch in axialer Richtung verlaufende Isolierschlitze 4, die sich in radialer Richtung bis in den Trägerkörper 2 hinein fortsetzen. Im mon-

tierten Zustand ist der Trägerkörper 2 auf einer den Trägerkörper 2 durchsetzenden Ankerwelle drehfest fixiert.

Von den Metalllamellen 3 wird eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Lauffläche (Umfangslauffläche 5) gebildet. Diese Umfangslauffläche 5 weist eine axiale Erstreckung 1 auf. Am in der Zeichnungsebene rechten Axialende sind die Metalllamellen als hakenförmige Befestigungsmittel 6 zum kontaktierenden Festlegen eines Wicklungsdrahtes ausgebildet. Auf der den Befestigungsmitteln 6 gegenüberliegenden Axialseite wird die durch die Isolierschlitze 4 unterbrochene Umfangslauffläche 5 von einem ersten, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Absatz 7 begrenzt. Der erste Absatz 7 wird von den Endbereichen der in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Me- talllamellen 3 gebildet, wobei sich die Isolierschlitze 4 durch den ersten Absatz 7 in axialer sowie in radialer Richtung hindurch erstrecken. Die Umfangslauffläche 5 ist gegenüber dem ersten Absatz 7 in radialer Richtung nach innen abgesetzt .

Auf der dem ersten Absatz 7 gegenüberliegenden Ende der Um- fangslauffläche 5, also axial zwischen der Lauffläche und den Befestigungsmitteln 6 ist ein zweiter Absatz 8 vorgesehen, der die Umfangslauffläche 5 an dem dem ersten Absatz gegenü- berliegenden axialen Ende begrenzt. Der zweite Absatz 8 überragt den ersten Absatz 7 minimal in radialer Richtung.

Die beiden Absätze 7, 8 werden bei der spanenden Bearbeitung der Metalllamellen 3 gebildet. Diese spanende Bearbeitung er- folgt dabei bevorzugt in zwei Schritten. In einem ersten Bearbeitungsschritt, dem sogenannten Schruppen, wird ein Spanwerkzeug (Schruppwerkzeug) relativ zu dem Kommutator 1 in eine erste Richtung 9 bewegt. Dabei erfolgt ein vergleichsweise grober Materialabtrag von dem in der Zeichnungsebene linken

Ende der Metalllamellen 3 bis zu der mit den Bezugszeichen 10 gekennzeichneten Axialposition. An dieser Axialposition 10 werden dann das Spanwerkzeug (Schruppwerkzeug) und der Kommutator voneinander weg bewegt. Daraufhin wird an der Axialpo- sition 10 ein weiteres Spanwerkzeug (Schlichtwerkzeug) angesetzt, das relativ zu dem Kommutator 1 in eine zweite, der ersten Richtung 9 entgegengesetzte Richtung 11 in einer Bearbeitungsebene bewegt wird. Bei Erreichen einer mit dem Bezugszeichen 12 gekennzeichneten Axialposition werden der Kom- mutator 1 und das Spanwerkzeug (Schlichtwerkzeug) in radialer Richtung relativ zueinander bewegt, so dass das Schlichten an der Axialposition 12 endet. Dabei entsteht der erste Absatz 7. Durch das Beenden der Schlichtbearbeitung an der Axialposition 12 mit axialem Abstand zu dem in der Zeichnungsebene linken axialen Ende des Kommutators 1 wird ein Abreißen des Metallspäneflusses erzielt, wodurch ein Anhaften von Metallspänen in den axialen Endbereichen der Isolierschlitze 4 verhindert wird.

In Fig. 3 ist ein Kommutator aus dem Stand der Technik gezeigt. Schematisch sind die in den Endbereichen der Isolierschlitze 4 anhaftenden Metallspäne gezeigt.