DE10209114A1

DE10209114A1 - Kommutator für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE10209114A1
Application number: DE2002109114
Authority: DE
Inventors: Martin Wiesler; Claus Schmiederer; Michael Haerer; Gerald Kuenzel; Imad Sharfeddin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2003-09-11
Also published as: WO2003075436A1

Abstract

Ein Kommutator für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Gleichstrommotor, weist einen Isolierkörper (17) und eine Vielzahl von auf diesem festgelegten, in Umfangsrichtung mit Spaltabstand nebeneinander angeordneten Kommutatorlamellen (18) mit Anschlußhaken (19) für eine Ankerwicklung (12) sowie eine koaxial angeordnete Entstörscheibe (20) auf, deren Anschlußelektroden (21) mit den Kommutatorlamellen (18) elektrisch leitend verbunden sind. Zur Rationalisierung der Kommutatorfertigung ist die Entstörscheibe (20) in unmittelbarer Nähe der Anschlußhaken (19) angeordnet und an den Kommutatorlamellen (18) direkt oder über ein Stanzgitter (22) mechanisch und elektrisch befestigt (Fig. 2).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Kommutator für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Gleichstrommotor, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem bekannten Kommutator dieser Art (US 6 285 106 B1) ist in das von den Anschlußhaken des Kommutators abgekehrte Stirnende des Isolierkörpers eine Vertiefung eingearbeitet, in die die Entstörscheibe so eingelegt ist, daß ihre eine ringförmige Scheibenfläche am Grund der Vertiefung anliegt und die andere, die Anschlußelektroden tragende Ringfläche nach außen weist. An die Entsrörscheibe ist ein Kontaktring angedrückt, der die Anschlußelektroden mit den Kommutatorlamellen elektrisch leitend verbindet. Der Kontaktring weist einen Basisring aus Isoliermaterial mit einer Vielzahl von jeweils miteinander verbundenen ersten und zweiten Kontakten auf. Die Anzahl der ersten Kontakte und die Anzahl der zweiten Kontakte entspricht jeweils der Zahl der Kommutatorlamellen bzw. der gleich großen Zahl der Anschlußelektroden an der Entstörscheibe. Jeweils ein erster Kontakt liegt auf einer Anschlußelektrode auf und jeweils ein mit dem ersten Kontakt in elektrisch leitender Verbindung stehender, zweiter Kontakt liegt mit mechanischer Vorspannung an der Unterseite einer der endseitig über die Vertiefung vorstehenden Kommutatorlamellen an. Auf den Kontaktring ist ein Deckel aufgedrückt, der die ersten Kontakte an die Anschlußelektroden andrückt und in der Vertiefung verrastet ist.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Kommutator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß die Entstörscheibe im gleichen Arbeitsgang mit dem mechanischen und elektrischen Anbinden der einzelnen Spulen der Ankerwicklung an den Anschlußhaken mit den Kommutatorlamellen verbunden werden kann und dadurch eine Rationalisierung in der Fertigung erreicht wird.
Durch die in den Ansprüchen 2-8 aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Kommutators möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Entstörscheibe auf dem Kommutator, und zwar auf der Seite der Anschlußhaken angeordnet, zu der die Öffnung der Anschlußhaken weist, und auf dem Kommutator mechanisch und elektrisch befestigt. Durch diese konstruktive Maßnahme wird bei der Montage eine Vorfixierung der Entstörscheibe ohne Hilfsmittel erzielt. Die Entstörscheibe ist gut zugänglich und läßt sich im maschinellen Verfahren an den Kommutatorlamellen direkt anlöten oder über ein Stanzgitter anbinden.
Die gleichen Vorteile werden erzielt, wenn gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung die Kommutatorlamellen ohne Kommutatorhaken ausgeführt und die als separate Bauteile hergestellten Haken mit der Entstörscheibe verbunden sind, wobei jeweils ein Haken an einer Anschlußelektrode festgelegt ist. Nach Aufschieben dieses vorgefertigten Bauteils auf den Kommutator werden die einzelnen Kommutatorhaken direkt auf die Kommutatorlamellen aufgelötet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Isolierkörper einen über die Anschlußhaken vorstehenden, im Durchmesser reduzierten Ansatz auf, und die Entstörscheibe ist auf dem Ansatz aufgenommen und an der Hakenseite der Kommutatorlamellen elektrisch und mechanisch befestigt. Bei dieser konstruktiven Ausführung wird der zwischen dem Wickelkopf der Ankerwicklung und dem Kommutator vorhandene Bauraum zur Unterbringung der Entstörscheibe ausgenutzt. Der am Isolierkörper vorstehende Ansatz erlaubt eine Vorfixierung der Entstörscheibe bei der Montage.
Der erfindungsgemäße Kommutator mit den Merkmalen des Anspruchs 9 hat den Vorteil, eine integrierte Lösung eines mit einer Entstörscheibe ausgestatteten Kommutators zu bieten, die eine Schnellmontage erlaubt. Zur Erhöhung der mechanischen Sicherheit kann zusätzlich das Stanzgitter an der Entstörscheibe und/oder an der Unterseite der Kommutatorlamellen angelötet werden. Wird hierzu das Reflow- Löten eingesetzt, bei welchem eine auf die zu verbindenden Teile aufgestrichene Lotpaste durch Erwärmung die Lötverbindung herstellt, wird die Schnellmontage nicht durch den Lötprozeß verzögert. Durch die Verkrallung des Stanzgitters wird eine vorteilhafte Vorfixierung der Entstörscheibe ohne Hilfswerkzeuge erzielt.
Durch die in den Ansprüchen 10-12 aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 9 angegebenen Kommutators möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die Kommutatorlamellen in ihrem Überstehbereich über den Isolierkörper jeweils einen Endabschnitt mit geringerer Dicke und einen sich daran anschließenden, abgeschrägten Übergangsabschnitt auf. Die Entstörscheibe liegt an den Übergangsabschnitten der Kommutatorlamellen an und wird hier über ihre Anschlußelektroden, z. B. durch Reflow-Löten oder ein Stanzgitter, an den Kommutatorlamellen befestigt. Dies hat den Vorteil, daß durch die thermische Ausdehnung der Kommutatorlamellen beim Löten die eine geringere Wärmeausdehnung besitzende Entstörscheibe leicht in den von den schrägen Übergangsabschnitten gebildeten Konusbereich schiebbar und dort fixierbar ist. Nach Abkühlen entstehen an der Entstörscheibe lediglich unkritische Druckspannungen durch unterschiedliches Zurückschrumpfen.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Rotor eines Kommutatormotors mit Rotorwelle, Rotorkörper und Kommutator,
Fig. 2 ausschnittweise einen vergrößerten Längsschnitt des Kommutators in Fig. 1,
Fig. 3 eine vergrößerte Draufsicht einer Entstörscheibe am Kommutator in Fig. 1,
Fig. 4 ein mögliches Schaltbild der Entstörscheibe in Verbindung mit den Kommutatorlamellen zur Verdeutlichung der Funktionsweise,
Fig. 5 bis 8 jeweils eine gleiche Darstellung wie in Fig. 2 von verschiedenen Ausführungsvarianten des Kommutators,
Fig. 9 eine Draufsicht eines Stanzgitters zur Fixierung der Entstörscheibe am Kommutator.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der in Fig. 1 in Seitenansicht dargestellte Anker oder Rotor 10 eines Gleichstrommotors, als Ausführungsbeispiel für eine allgemeine elektrische Kommutatormaschine, weist in bekannter Weise einen lamellierten Anker- oder Rotorkörper 11 mit einer in Nuten des Rotorkörpers 11 eingelegten Ankerwicklung 12 sowie einen an der Ankerwicklung 12 angeschlossenen Kollektor oder Kommutator 13 auf. Rotorkörper 11 und Kommutator 13 sitzen drehfest auf einer im Maschinengehäuse gelagerten Anker- oder Rotorwelle 14. Für die Stromzufuhr zur Ankerwicklung 12 liegen auf dem Umfang des Kommutators 13 Kohle- oder Kommutatorbürsten 15 auf, die in räumlich feststehenden, radial zum Kommutator 13 ausgerichteten Köchern 16 axial verschieblich geführt sind und von einer Bürstenandruckfeder auf den Kommutator 13 aufgepreßt werden.
Wie die vergrößerte Schnittdarstellung der Fig. 2 zeigt, weist der Kommutator 13 einen hohlzylindrischen Isolierkörper 17, der drehfest auf der Rotorwelle 14 sitzt, und eine Vielzahl von im Isolierkörper 17 verankerten Kommutatorlamellen 18 auf, die in Umfangsrichtung mit Spaltabstand nebeneinander auf dem Mantel des Isolierkörpers 17 angeordnet sind. Jede Kommutatorlamelle 18 trägt an einem Lamellenende einen Anschlußhaken 19. In die Anschlußhaken 19 des Kommutators 13 sind in bekannter Weise die Spulen der Ankerwicklung 12 eingehängt und mit diesen mechanisch und elektrisch Verbunden. Die Verbindung erfolgt üblicherweise im sog. hot staking, einem Heißpreßverfahren, bei dem die wie in Fig. 2 noch abstehenden Anschlußhaken 19 auf die Kommutatorlamellen 18 aufgedrückt werden und dabei gleichzeitig im Bereich der Anschlußhaken 19 die Isolation des Ankerwicklungsdraht abgeschmolzen wird.
Beim Betrieb des Gleichstrommotors entstehen bei jeder Kommutierung Funken, da beim Kommutieren Spulen der Ankerwicklung 12 für eine sehr kurze Zeitspanne von den Kommutatorbürsten 15 kurzgeschlossen werden und dann deren Kurzschluß wieder aufgerissen wird. Diese Funkenbildung führt zu einer Verringerung der Lebensdauer infolge Kontaktabbrand an den Kommutatorbürsten 15 und zu einer elektromagnetischen Störstrahlung. Um diese Funkenbildung zu vermeiden bzw. sehr stark zu reduzieren, wird eine sog. Entstörscheibe 20 eingesetzt. Eine Entstörscheibe kann ein als Keramikscheibe realisierter VDR (Voltage Dependant Resistor) sein, aber auch einen integrierten Schaltkreis von Widerständen und Kondensatoren in Dickfilmtechnik enthalten. Das Schaltbild eines möglichen Aufbaus einer Entstörscheibe 20 ist in Fig. 4 dargestellt. Zwischen je zwei auf der einen Ringfläche der Entstörscheibe 20 ausgebildeten Anschlußelektroden 21 ist eine Reihenschaltung aus einem Kondensator und einem Widerstand realisiert. Zur Funkenunterdrückung ist jeweils eine Anschlußelektrode 21 elektrisch leitend mit einer Kommutatorlamelle 18 verbunden. Fig. 3 zeigt die figurative Ausbildung der Entstörscheibe 20 mit den Anschlußelektroden 21.
In Fig. 2 und Fig. 5 bis 8 sind verschiedene, konstruktive Ausführungen für die mechanische und elektrische Verbindung der Entstörscheibe 20 mit dem Kommutator 13 dargestellt, wobei in den Ausführungsbeispielen der Fig. 2, 5 und 6 die Entstörscheibe 20 in unmittelbarer Nähe der Anschlußhaken 19 am Kommutator 13 angeordnet ist, während in den Ausführungsbeispielen der Fig. 7 und 8 die Entstörscheibe 20im Innern des Kommutators 13 auf der von den Anschlußhaken 19 abgekehrten Stirnseite des Kommutators 13 angeordnet ist.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sitzt die Entstörscheibe 20 unmittelbar auf dem Kommutator 13, und zwar den Hakenöffnungen der Anschlußhaken 19 zugekehrt. Die Befestigung der Entstörscheibe 20 ist direkt auf dem Kommutator 13 vorgenommen, indem jede Kommutatorlamelle 18 mit einer Anschlußelektrode 21 an der Entstörscheibe 20 verlötet ist. Wie nicht weiter dargestellt ist, kann die Verbindung der einzelnen Kommutatorlamellen 18 mit den Anschlußelektroden 21 der Entstörscheibe 20 auch über ein Stanzgitter 22 erfolgen, wie es beispielsweise in Fig. 9 dargestellt ist. Ein solches Stanzgitter 22 besteht aus einem ringförmigen Isolierträger 23, auf dem eine der Anzahl der Kommutatorlamellen 18 und Anschlußelektroden 21 der Entstörscheibe 20 entsprechende Zahl von radialen Kontaktfahnen 24 festgelegt ist. Nach der Ausbildung der Entstörscheibe 20 an dem Kommutatorlamellen 18 kontaktiert jeweils eine Kontaktfahne 24 eine Anschlußelektrode 21 an der Entstörscheibe 20 und eine Kommutatorlamelle 18.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 sind die Kommutatorlamellen 18' ohne einstückig angeformte Kommutatorhaken 19' ausgeführt. Die Kommutatorhaken 19' sind als separate Bauteile hergestellt, die jeweils einen Rücken 191' und ein an der einen Seite des Rückens 191' abgebogenes Hakenteil 192' und einen an der anderen Seite des Rückens 191' rechtwinklig aufgestellten Fuß 193' aufweisen. Die Kommutatorhaken 19' sind mit ihren Füßen 193' jeweils an einer Anschlußelektrode 21 der Entstörscheibe 20 angelötet.
Die so vorgefertigte Baueinheit aus Entstörscheibe 20 und Anschlußhaken 19' wird auf den Kommutator 13 aufgeschoben und auf diesem direkt verlötet, wobei jeder Kommutatorhaken 19' über seinem Rücken 191' an einer Kommutatorlamelle 18' befestigt wird.
In dem Ausführungsbeispiel des Kommutators gemäß Fig. 6 weist der Isolierkörper 17 einen über die Anschlußhaken 19 der Kommutatorlamellen 18 vorstehenden, im Durchmesser reduzierten Ansatz 171 auf. Die Entstörscheibe 20 ist auf den Ansatz 171 aufgeschoben und mittels des in Fig. 9 dargestellten Stanzrings 22 mit den Kommutatorlamellen 18 verbunden. Dabei sind wiederum die Kontaktfahnen 24 einerseits an die Anschlußelektroden 21 der Entstörscheibe 20 und andererseits an die Kommutatorlamellen 18 bzw. deren Anschlußhaken 19 angelötet.
In den Ausführungsbeispielen der Fig. 7 und 8 sind die Kommutatorlamellen 18 so ausgeführt, daß sie mit ihrem von den Anschlußhaken 19 abgekehrten Ende über den Isolierkörper 17 überstehen. In diesen Überstehbereich ist die Entstörscheibe 20 eingesetzt, und zwar in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 so, daß ihre nicht die Anschlußelektroden 21 tragende Rückseite an der ringförmigen Stirnseite des Isolierkörpers 17 anliegt. Die elektrische Verbindung von Kommutatorlamellen 18 und Entstörscheibe 20 ist dabei wiederum mittels des Stanzgitter 22 hergestellt, dessen Kontaktfahnen 24 sich einerseits an die Anschlußelektroden 21 der Entstörscheibe 20 anpressen und sich andererseits nach Art einer "Speednut" an der Unterseite der Überstehenden der Kommutatorlamellen 18 verkrallen.
Zusätzlich kann noch eine Verlötung der Kontaktfahnen 24 an den Kommutatorlamellen 18 und/oder an den Anschlußelektroden 21 der Entstörscheibe 20 erfolgen, wobei vorzugsweise das sog. Reflow-Löten eingesetzt wird, bei welchem eine Lötpaste auf die zu verbindenden Teile aufgestrichen wird, die dann bei Erwärmung die Lötverbindung herstellt.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8 weisen die Kommutatorlamellen 18 in ihrem Überstehbereich jeweils einen Endabschnitt 181 mit geringerer Dicke und einen daran sich fortsetzenden, abgeschrägten Übergangsabschnitt 182 auf. Die Entstörscheibe 20 ist wiederum in den Überstehbereich eingesetzt. Da sich der Kommutator 13 mit den Kommutatorlamellen 18 während des Anlötens der Ankerwicklung 12 an die Anschlußhaken 19 erwärmt, vergrößert sich der Durchmesser des von den Übergangsabschnitten 182 der Kommutatorlamellen 18 gebildeten Konus, so daß die Entstörscheibe 20 leicht bis in diesen Konusbereich eingeschoben und dort fixiert werden kann. Das Fixieren erfolgt durch Reflow-Löten, jedoch kann auch hierzu ein Stanzgitter gemäß Fig. 9 herangezogen werden. Nach Abkühlen schrumpft der Kommutator 13 zurück und erzeugt an der Entstörscheibe 20 nur unkritische Druckspannungen, die aber ein sicheres Halten der Entstörscheibe 20 gewährleisten.

Claims

1. Kommutator für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Gleichstrommotor, mit einem Isolierkörper (17) und einer Vielzahl von auf dem Isolierkörper (17) festgelegten, in Umfangsrichtung mit Spaltabstand nebeneinander angeordneten Kommutatorlamellen (18), die an einem Lamellenende jeweils einen Anschlußhaken (19) zum Anschluß einer Ankerwicklung (12) tragen, und mit einer koaxial angeordneten Entstörscheibe (20), dadurch gekennzeichnet, daß die Entstörscheibe (20) in unmittelbarer Nähe der Anschlußhaken (19) angeordnet ist.

2. Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entstörscheibe (20) auf ihrer einen ringförmigen Scheibenfläche eine der Anzahl der Kommutatorlamellen (18) entsprechende Zahl von mit den Kommutatorlamellen (18) verbundenen Anschlußelektroden (21) trägt.

3. Kommutator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entstörscheibe (20) auf den Kommutatorlamellen (18), der Hakenöffnung der Anschlußhaken (19) zugekehrt, sitzt und an den Kommutatorlamellen (18) mechanisch und elektrisch befestigt ist.

4. Kommutator nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung direkt auf den Kommutatorlamellen (18) vorgenommen ist, indem jede Anschlußelektrode (21) der Entstörscheibe (20) mit einer Kommutatorlamelle (18) verlötet ist.

5. Kommutator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung über ein Stanzgitter (22) vorgenommen ist.

6. Kommutator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutatorhaken (19) als von den Kommutatorlamellen (18) getrennte, separate Bauteile hergestellt und mit jeweils einer Anschlußelektrode (21) der Entstörscheibe (20) mechanisch und elektrisch verbunden, vorzugsweise verlötet, sind und daß nach Aufschieben der Entstörscheibe (20) auf die Kommutatorlamellen (18') die Anschlußhaken (19') auf den Kommutatorlamellen (18) aufgelötet sind.

7. Kommutator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (17) einen über die Anschlußhaken (19) der Kommutatorlamellen (18) vorstehenden, im Durchmesser reduzierten Ansatz (171) aufweist und daß die Entstörscheibe (20) auf dem Ansatz (171) aufgenommen und an den Anschlußhaken (19) der Kommutatorlamellen (18) befestigt ist.

8. Kommutator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung über ein Stanzgitter (22) vorgenommen ist.

9. Kommutator nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Stanzgitter (22) einerseits an den Anschlußelektroden (21) der Entstörscheibe (20) und andererseits an den Kommutatorlamellen (18) angelötet ist.

10. Kommutator für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Gleichstrommotor, mit einem Isolierkörper (17) und einer Vielzahl von auf dem Isolierkörper (17) festgelegten, in Umfangsrichtung mit Spaltabstand nebeneinander angeordneten Kommutatorlamellen (18), die an einem Lamellenende jeweils einen Anschlußhaken (19) zum Anschließen einer Ankerwicklung (12) tragen und mit ihrem anderen Ende über den Isolierkörper (17) überstehen, und mit einer im Überstehbereich unter den Kommutatorlamellen (18) angeordneten Entstörscheibe (20), dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung von Kommutatorlamellen (18) und Entstörscheibe (20) mittels eines Stanzgitters (22) hergestellt ist, das sich an die Entstörscheibe (20) anpreßt und an der Unterseite jeder Kommutatorlamelle (18) verkrallt.

11. Kommutator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutatorlamellen (18) in ihrem Überstehbereich jeweils einen Endabschnitt (181) mit geringerer Dicke und einen sich daran anschließenden, abgeschrägten Übergangsabschnitt (182) aufweisen und daß die Entstörscheibe (20) an den Übergangsabschnitten (182) der Kommutatorlamellen (18) anliegt.

12. Kommutator nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Entstörscheibe (20) auf ihrer einen ringförmigen Scheibenfläche eine der Anzahl der Kommutatorlamellen (18) entsprechende Zahl von Anschlußelektroden (21) trägt und daß das Stanzgitter (22) an den Anschlußelektroden (21) der Entstörscheibe (20) und/oder an der Unterseite der Kommutatorlamellen (18) verlötet ist.

13. Kommutator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutatorlamellen (18) in ihrem Überstehbereich jeweils einen Endabschnitt (181) mit geringerer Dicke und einen sich daran anschließenden abgeschrägten Übergangsabschnitt (182) aufweisen und daß die an den Übergangsabschnitten (182) der Kommutatorlamellen (18) anliegende Entstörscheibe (20) auf ihrer einen ringförmigen Scheibenfläche eine der Anzahl der Kommutatorlamellen (18) entsprechende Zahl von Anschlußelektroden (21) trägt, die mit den Übergangsabschnitten (182) verlötet sind.