DE102009029688A1 - Anchor in an electric machine and method of making an anchor - Google Patents

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Abstract

Ein Anker in einer elektrischen Maschine ist mit einer Mehrzahl von Wickelelementen versehen, wobei nur das auf dem Kommutator aufliegende Ende eines Wickelelements mit einem Lot versehen ist.An armature in an electrical machine is provided with a plurality of winding elements, only the end of a winding element resting on the commutator being provided with a solder.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Anker in einer elektrischen Maschine und ein Verfahren zur Herstellung eines Ankers nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 3.The invention relates to an armature in an electrical machine and a method for producing an armature according to the preamble of claim 1 or 3.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 40 02 106 A1 ist es bekannt, die Endes eines Wickelelements einer Rotorwicklung zur Verbindung mit einem Kommutator durch spanende oder spanlose Bearbeitung mit abgeflachten, sich gegenüberliegenden Präge- bzw. Bearbeitungsflächen zu versehen, wobei die Prägeflächen jeweils als Kreissegment ausgeführt sind. Die Prägeflächen sind eben ausgebildet, was ein flächiges Aufliegen des unten liegenden Endes des Wickelelements unmittelbar auf der Kommutatoroberfläche als auch ein flächiges Aufliegen des oberen Endes des Wickelelements auf dem unteren Ende des Wickelelements erlaubt. Auf diese Weise erhöht sich die Kontaktfläche und die Sicherheit gegen ein versehentliches Verrutschen der Enden des Wickelelements.From the DE 40 02 106 A1 It is known to provide the end of a winding element of a rotor winding for connection to a commutator by cutting or non-cutting machining with flattened, opposing embossing or machining surfaces, wherein the embossing surfaces are each designed as a circle segment. The embossing surfaces are flat, which allows a flat resting of the lower end of the winding element directly on the commutator as well as a flat resting of the upper end of the winding element on the lower end of the winding element. In this way, the contact surface and the security against accidental slipping of the ends of the winding element increases.

Üblicherweise werden die Enden des Wickelelements der Rotorwicklung vor dem thermischen Fügen mit einem Lot versehen, wofür die Enden des Wickelelements zunächst mit einem Flussmittel benetzt und anschließend in ein Lotbad eingetaucht werden, was üblicherweise für die Enden sämtlicher Wickelelemente zeitgleich durchgeführt wird. Werden bleifreie Lote aufgebracht, ist auf Grund der erhöhten Einsatztemperatur, bedingt durch den erhöhten Schmelzpunkt, eine höhere Tendenz des Lotbades zu beachten, Kupfer aus den abisolierten Enden der Wickelelemente aufzulösen. Das sich im Lot anreichernde Kupfer wirkt sich negativ auf dessen Standzeit aus. Dem kann zwar durch Vorwärmen des kompletten Ankers entgegengewirkt werden, jedoch ist diese Vorgehensweise auf Grund der großen Ankermasse zeit- und energieaufwändig.Usually, the ends of the winding element of the rotor winding are provided with a solder prior to the thermal joining, for which the ends of the winding element are first wetted with a flux and then immersed in a Lotbad, which is usually carried out simultaneously for the ends of all winding elements. If lead-free solders are applied, due to the increased operating temperature, due to the increased melting point, a higher tendency of the solder bath to take care to dissolve copper from the stripped ends of the winding elements. The copper that accumulates in the solder has a negative effect on its service life. Although this can be counteracted by preheating the entire armature, however, this approach is due to the large anchor mass time and energy consuming.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfach durchzuführenden Maßnahmen eine sichere und qualitativ hochwertige Verbindung zwischen den Enden der Wickelelemente und einem Kommutator in einem Anker zu schaffen.The invention is based on the object, with easy to implement measures to create a secure and high-quality connection between the ends of the winding elements and a commutator in an anchor.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Anker mit den Merkmalen des Anspruches 1 und bei einem Verfahren zur Herstellung eines Ankers mit den Merkmalen des Anspruches 3 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This object is achieved in an anchor with the features of claim 1 and in a method for producing an armature with the features of claim 3. The dependent claims indicate expedient developments.

Der erfindungsgemäße Anker in einer elektrischen Maschine, beispielsweise ein Anker in Startern für Verbrennungsmotoren, besteht üblicherweise aus einer Ankerwelle, einem auf die Ankerwelle aufgesetzten Lamellenpaket sowie einer Vielzahl von Wickelelementen, die in dem Paket der Ankerlamellen in Isolierstreifen eingepresst werden, sowie einem Kommutator, mit dem die Enden der Wickelelemente in elektrischem Kontakt stehen. Zur Verbindung der Enden der Wickelelemente mit der Kommutatoraußenseite wird ein thermisches Fügeverfahren eingesetzt.The armature according to the invention in an electrical machine, for example an armature in starters for internal combustion engines, usually consists of an armature shaft, a laminated core placed on the armature shaft and a multiplicity of winding elements which are pressed into insulating strips in the package of armature laminations and a commutator the ends of the winding elements are in electrical contact. To connect the ends of the winding elements with the commutator outside a thermal joining method is used.

Bei dem erfindungsgemäßen Anker ist jedes Wickelelement mit einem Lot versehen, jedoch nur im Bereich eines der beiden Enden des Wickelelements. Im fertig montierten Zustand liegt ein mit Lot versehenes Wicklungsende als untere Lage unmittelbar auf der Kommutatoraußenseite auf, wohingegen ein anderes Wicklungsende, welches frei von Lot ist, als obere Lage unmittelbar auf dem mit Lot versehenen unteren Wicklungsende aufliegt. Grundsätzlich reicht es aus, nur die untere Lage der Wicklungsenden mit Lot zu versehen, um sowohl zwischen der Kommutatoraußenseite und der unteren Lage als auch zwischen unterer und oberer Lage jeweils eine Lotschicht zu haben, welche im thermischen Fügeprozess für eine feste Verbindung sorgt. Diese Vorgehensweise hat des Weiteren den Vorteil, dass die erforderliche Lotmenge sich um etwa 50% reduziert. Außerdem ist auch die Tendenz der Kupferauflösung im Lotbad auf Grund kurzer Kontaktzeiten und durch die Halbierung des zu benetzenden Kupfervolumens an den Ende des Wickelelements herabgesetzt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der Energieaufwand reduziert ist, da ein Erwärmen der Ankerwelle und des Lamellenpakets entfallen kann und nur das Wickelelement, insbesondere im Bereich des mit Lot zu bedeckenden Endes erwärmt wird. Außerdem ist der beim thermischen Fügen entstehende Werkzeugverschleiß reduziert, da die Werkzeuge nur das hochschmelzende Kupfer der oberen Lage kontaktieren, wodurch auch insgesamt eine verbesserte Qualität des thermischen Fügens erreicht wird.In the anchor according to the invention each winding element is provided with a solder, but only in the region of one of the two ends of the winding element. In the assembled state, a soldered winding end is located as a lower layer directly on the Kommutatoraußenseite, whereas another winding end, which is free of solder, rests as an upper layer directly on the soldered lower winding end. In principle, it is sufficient to provide only the lower layer of the winding ends with solder in order to have a solder layer between the commutator outer side and the lower layer as well as between the lower and upper layer, which ensures a firm connection in the thermal joining process. This approach also has the advantage that the required amount of solder is reduced by about 50%. In addition, the tendency of copper dissolution in the solder bath is reduced due to short contact times and by halving the copper volume to be wetted at the end of the winding element. Another advantage is that the energy consumption is reduced, since heating of the armature shaft and the disk set can be omitted and only the winding element, in particular in the area to be covered with solder to be heated end. In addition, the tool wear resulting from thermal joining is reduced since the tools only contact the refractory top-layer copper, thereby also providing improved overall thermal joining quality.

Es werden vorzugsweise bleifreie Lote eingesetzt, beispielsweise SnCu0,7 oder SnCu0,7Ni oder SnAg3Cu0,5.Lead-free solders are preferably used, for example SnCu0.7 or SnCu0.7Ni or SnAg3Cu0.5.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Ankers in einer elektrischen Maschine wird nur dasjenige Ende des Wickelelements mit Lot versehen, welches zur Montage auf die Außenfläche des Kommutators aufgelegt wird. Das andere Ende des Wickelelements bleibt dagegen frei von Lot und wird auf der dem Kommutator abgewandten Seite auf das mit Lot versehene Ende eines weiteren Wickelelements aufgelegt. Anschließend erfolgt ein thermisches Fügen, wobei über das Lot sowohl das unten liegende Ende des Wickelelements mit dem Kommutator als auch beide Enden miteinander fest verbunden werden.In the method according to the invention for producing an armature in an electric machine, only that end of the winding element is provided with solder, which is placed on the outer surface of the commutator for mounting. The other end of the winding element, however, remains free of solder and is placed on the side facing away from the commutator on the soldered end of another winding element. Subsequently, a thermal joining takes place, wherein both the lower end of the winding element with the commutator and both ends are firmly connected to each other via the solder.

Das Aufbringen des Lots kann auf verschiedene Arten erfolgen. In Betracht kommt beispielsweise ein Eintauchen in ein Lotbad, ein Hindurchbewegen durch das Lotbad oder ein Beschwallen mit Lot. The application of the solder can be done in different ways. For example, immersion in a solder bath, passage through the solder bath or soldering with solder may be considered.

Das Aufbringen des Lotes auf nur ein Ende des Wickelelements und das thermische Fügen sind zweckmäßigerweise eingebettet in einen Verfahrensablauf, bei dem zunächst die Wickelelemente zumindest annähernd zu ihrer endgültigen Form gebogen werden, anschließend die beiden Enden jedes Wickelelementes abisoliert werden, danach das eine, mit Lot zu bedeckende Ende des Wickelelementes mit einem Flussmittel benetzt wird, im Anschluss daran das Wickelelement zumindest im Bereich des mit Lot zu bedeckenden Endes getrocknet und/oder erwärmt wird, woraufhin nur eines der beiden Enden jedes Wickelelementes mit dem Lot bedeckt wird und der Einbau in den Anker und das thermische Fügen der auf dem Kommutator übereinanderliegenden Enden des Wickelelements durchgeführt werden.The application of the solder on only one end of the winding element and the thermal joining are expediently embedded in a process sequence in which first the winding elements are bent at least approximately to its final shape, then the two ends of each winding element are stripped, then the one, with solder to be covered end of the winding element is wetted with a flux, then the winding element is dried at least in the area to be covered with solder and / or heated, whereupon only one of the two ends of each winding element is covered with the solder and the installation in the Anchor and the thermal joining of the superimposed on the commutator ends of the winding element can be performed.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:Further advantages and expedient embodiments can be taken from the further claims, the description of the figures and the drawings. Show it:

1 eine perspektivische Ansicht eines Ankers in einer elektrischen Maschine, mit einer Ankerwelle, einem Lamellenpaket mit Wickelelementen und einem Kommutator, 1 a perspective view of an armature in an electric machine, with an armature shaft, a disk set with winding elements and a commutator,

2 einen Schnitt im Bereich des Kommutators mit zwei übereinanderliegenden Enden von Wickelelementen, 2 a section in the region of the commutator with two superimposed ends of winding elements,

3a bis 3d jeweils ein Wickelelement in verschiedenen Verfahrensstufen zum Aufbringen eines Lots auf ein Ende. 3a to 3d in each case one winding element in different process stages for applying a solder to one end.

Der in 1 dargestellte Anker 1 ist Teil einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Starters für einen Verbrennungsmotor. Der Anker 1 besteht aus einer Anker- bzw. Rotorwelle 2, einem Anker- bzw. Lamellenpaket 3, welches fest mit der Ankerwelle 2 verbunden ist und über den Umfang verteilt eine Vielzahl von Wickelelementen 4 aufweist, und einem Kommutator 5, der benachbart zu einer Stirnseite der Ankerwelle angeordnet ist. Die freien Enden der Wickelelemente 4 sind fest miteinander und mit dem Kommutator 5 verbunden. Im Lamellenpaket 3 sind die Wickelelemente 4 in Isolierstreifen eingepresst.The in 1 illustrated anchor 1 is part of an electrical machine, in particular a starter for an internal combustion engine. The anchor 1 consists of an armature or rotor shaft 2 , an anchor or plate pack 3 , which is fixed to the armature shaft 2 is connected and distributed over the circumference a plurality of winding elements 4 and a commutator 5 which is disposed adjacent to an end face of the armature shaft. The free ends of the winding elements 4 are stuck together and with the commutator 5 connected. In the disk pack 3 are the winding elements 4 pressed in insulating strips.

2 zeigt einen Schnitt durch den Anker im Bereich des Kommutators mit auf der Außenfläche des Kommutators übereinanderliegenden Wicklungsenden 8 und 9. Dargestellt ist der Kommutator 5 im Bereich eines Segmentes 6, das beidseitig über Isolierstege 7 gegenüber benachbarten Segmenten des Kommutators isoliert ist. Auf der Oberfläche bzw. Außenseite des Segments 6 liegen die Wicklungsenden 8 und 9 zweier verschiedener Wickelelemente 4 übereinander, wobei die beiden Enden jeweils eines Wickelelements an verschiedenen Segmenten 6 jeweils einmal die untere und einmal die obere Lage bilden. 2 shows a section through the armature in the region of the commutator with superimposed on the outer surface of the commutator winding ends 8th and 9 , Shown is the commutator 5 in the area of a segment 6 , on both sides via insulating bars 7 isolated from adjacent segments of the commutator. On the surface or outside of the segment 6 lie the winding ends 8th and 9 two different winding elements 4 one above the other, wherein the two ends of each one winding element at different segments 6 once each form the lower and once the upper layer.

Das untere Ende 8 eines Wicklungselements ist eingehüllt von Lot 10, welches das Wicklungsende 8 allseitig bedeckt, so dass das Lot 10 sowohl zwischen der Außenseite des Kommutators 5 und dem unteren Ende 8 des einen Wicklungselements als auch zwischen den beiden Wicklungsenden 8 und 9 verschiedener Wicklungselemente angeordnet ist. Das obere Ende 9 des zweiten Wicklungselements ist dagegen frei von Lot; der Kontakt mit dem Lot 10 erfolgt ausschließlich über das auf das untere Ende 8 des einen Wicklungselements aufgebrachte Lots. Die Verbindung zwischen dem unteren Ende 8 des einen Wicklungselements und dem Kommutator 5 einerseits und zwischen den beiden Enden 8 und 9 der Wicklungselemente andererseits erfolgt durch thermisches Fügen.The lower end 8th a winding element is enveloped by solder 10 which is the coil end 8th covered on all sides, so that the lot 10 both between the outside of the commutator 5 and the lower end 8th of a winding element as well as between the two winding ends 8th and 9 various winding elements is arranged. The upper end 9 the second winding element, however, is free of solder; the contact with the lot 10 takes place exclusively via the on the lower end 8th of a winding element applied solder. The connection between the lower end 8th of a winding element and the commutator 5 on the one hand and between the two ends 8th and 9 the winding elements on the other hand takes place by thermal joining.

Die 3a bis 3d zeigen jeweils ein Wickelelement 4 in aufeinander folgenden Verfahrensschritten zum Aufbringen von Lot auf ein Ende des Wicklungselements. Gemäß 3a wird das Wickelelement 4 zunächst im Bereich seiner beiden Wicklungsenden 8 und 9 abisoliert. Hierzu wird die beispielhaft als Backlack auf den Wicklungsdraht aufgebrachte Isolierung entfernt, beispielsweise durch spanende Bearbeitung.The 3a to 3d each show a winding element 4 in successive process steps for applying solder to one end of the winding element. According to 3a becomes the winding element 4 initially in the area of its two winding ends 8th and 9 stripped. For this purpose, the example applied as a baked enamel on the winding wire insulation is removed, for example by machining.

Im nächsten Verfahrensschritt gemäß 3b wird das Wicklungsende 8 mit Flussmittel benetzt, wohingegen das zweite Wicklungsende 9 keine Benetzung mit Flussmittel erfährt.In the next step according to 3b becomes the winding end 8th wetted with flux, whereas the second winding end 9 no wetting with flux experiences.

In 3c wird das Wickelelement 4 zumindest im Bereich des benetzten Wicklungsendes 8 erwärmt, insbesondere im Bereich des Schenkels, welcher mit dem benetzten Wicklungsende 8 versehen ist. Durch das Erwärmen trocknet das mit dem Flussmittel benetzte Wicklungsende 8. Das Erwärmen erfolgt beispielsweise mithilfe einer Wärmeplatte, per Heizstrahler, Heißluftgebläse oder induktiv.In 3c becomes the winding element 4 at least in the area of the wetted end of the winding 8th heated, especially in the region of the leg, which with the wetted coil end 8th is provided. By heating, the coil end wetted with the flux dries 8th , The heating takes place for example by means of a hot plate, by radiant heater, hot air blower or inductive.

Im nächsten Verfahrensschritt gemäß 3d wird auf das Wicklungsende 8 des Wickelelementes 4 mit Lot 10 aufgebracht, wobei auf Grund der Erwärmung des Schenkels mit dem Wicklungsende 8 die Temperaturdifferenz zum Lotbad verringert, die Benetzungsfähigkeit des mit Lot zu bedeckenden Endes 8 verbessert und dadurch die erforderliche Tauchzeit im Lot minimiert wird.In the next step according to 3d gets on the winding end 8th of the winding element 4 with lot 10 applied, wherein due to the heating of the leg with the coil end 8th the temperature difference to the solder bath reduces the wetting ability of the solder-to-be-covered end 8th improves and thereby the required immersion time in the solder is minimized.

Das Aufbringen des Lots 10 erfolgt durch Eintauchen in ein Lotbad, mittels Hindurchbewegen durch ein Lotbad oder über Beschwallen mit Lot. The application of the lot 10 is done by immersion in a solder bath, by moving through a Lotbad or via soldering with solder.

Nach dem Aufbringen des Lots wird das Wickelelement in den Anker eingebaut und werden die Wicklungsenden durch thermisches Fügen mit dem Kommutator bzw. miteinander verbunden.After applying the solder, the winding element is installed in the armature and the coil ends are connected by thermal joining to the commutator or with each other.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 4002106 A1 [0002] DE 4002106 A1 [0002]

Claims (9)

Anker in einer elektrischen Maschine, mit einer Mehrzahl von Wickelelementen (4), deren Enden (8) mit einem Lot (10) versehen sind, wobei jeweils zwei Enden (8, 9) von Wickelelementen (4) übereinanderliegen und mit einem Kommutator (5) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass von den zwei übereinanderliegenden Wicklungsenden (8, 9) nur das auf dem Kommutator (5) aufliegende Wicklungsende (8) mit dem Lot (10) versehen ist, derart, dass sich sowohl zwischen der Kommutatoroberfläche und dem zugewandten Wicklungsende (8) als auch zwischen den beiden Wicklungsenden (8, 9) Lot (10) befindet.Anchor in an electrical machine, with a plurality of winding elements ( 4 ), whose ends ( 8th ) with a solder ( 10 ), with two ends each ( 8th . 9 ) of winding elements ( 4 ) and with a commutator ( 5 ), characterized in that of the two superimposed winding ends ( 8th . 9 ) only on the commutator ( 5 ) lying winding end ( 8th ) with the solder ( 10 ) is provided such that both between the Kommutatoroberfläche and the facing winding end ( 8th ) as well as between the two winding ends ( 8th . 9 ) Lot ( 10 ) is located. Anker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot SnCu0,7 oder SnCu0,7Ni oder SnAg3Cu0,5 ist.Anchor according to claim 1, characterized in that the solder is SnCu0.7 or SnCu0.7Ni or SnAg3Cu0.5. Verfahren zur Herstellung eines Ankers, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur das Ende (8) eines Wickelelements (4) mit Lot (10) versehen wird, das auf die Kommutatoraußenfläche aufgelegt wird, dass ein Ende (9) eines weiteren Wickelelements (4) dem Kommutator (5) abgewandt auf das mit Lot (10) bedeckte Ende (8) aufgelegt wird und dass durch thermisches Fügen das unten liegende, mit Lot (10) bedeckte Wicklungsende (8) sowohl mit dem Kommutator (5) als auch mit dem aufliegenden, nicht mit Lot bedeckten Wicklungsende (9) verbunden wird.Method for producing an anchor, in particular according to one of claims 1 or 2, characterized in that only the end ( 8th ) of a winding element ( 4 ) with solder ( 10 ), which is placed on the commutator outer surface, that one end ( 9 ) of another winding element ( 4 ) the commutator ( 5 ) turned away on the with solder ( 10 ) covered end ( 8th ) and that by thermal joining the bottom, with solder ( 10 ) covered coil end ( 8th ) with both the commutator ( 5 ) as well as with the overlying, not solder-covered winding end ( 9 ) is connected. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Lot (10) zu bedeckende Ende (8) des Wickelelements (4) vor dem Aufbringen des Lots (10) mit einem Flussmittel (11) benetzt wird.A method according to claim 3, characterized in that the solder ( 10 ) to be covered ( 8th ) of the winding element ( 4 ) before applying the solder ( 10 ) with a flux ( 11 ) is wetted. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelelement (4) vor dem Aufbringen des Lots (10) zumindest im Bereich des zu verzinnenden Endes (8) getrocknet bzw. erwärmt wird.Method according to claim 3 or 4, characterized in that the winding element ( 4 ) before applying the solder ( 10 ) at least in the region of the end to be tinned ( 8th ) is dried or heated. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wickelelement (4) vor dem Aufbringen des Lots (10) fertig gebogen wird.Method according to one of claims 3 to 5, characterized in that the winding element ( 4 ) before applying the solder ( 10 ) is bent. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot (10) vor dem Einsetzen des Wickelelements (4) in den Anker (1) auf das Wicklungsende (8) aufgebracht wird.Method according to one of claims 3 to 6, characterized in that the solder ( 10 ) before inserting the winding element ( 4 ) in the anchor ( 1 ) on the winding end ( 8th ) is applied. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des Lotes auf dem einen Ende (8) des Wickelelements (4) über Eintauchen in ein Lotbad, über ein Hindurchbewegen durch ein Lotbad oder über Beschwallen mit Lot (10) erfolgt.Method according to one of claims 3 to 7, characterized in that the application of the solder on one end ( 8th ) of the winding element ( 4 ) by immersion in a solder bath, by passing through a solder bath or by soldering with solder ( 10 ) he follows. Elektrische Maschine mit einem Anker (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (1) die Merkmale des Anspruchs 1 oder 2 aufweist oder nach einem der Ansprüche 3 bis 8 hergestellt ist.Electric machine with an anchor ( 1 ), characterized in that the armature ( 1 ) has the features of claim 1 or 2 or is prepared according to one of claims 3 to 8.
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