DE3137838C1 - Verfahren zum Prüfen der Wicklung eines Ankers einer elektrischen Maschine sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents

Description

• Mit den Merkmalen des Anspruchs 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders einfach durchführbar, wobei sehr deutliche Signale erzeugt werden.
• Der Anspruch 3 kennzeichnet eine Durchführungsform des Verfahrens, mit der bei geringem apparativem Aufwand eine Ankerwicklung weitgehend selbsttätig geprüft werden kann.
• Der Anspruch 4 kennzeichnet den grundsätzlichen Aufbau einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Die Ansprüche 5 bis 9 sind auf vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung gerichtet.
• An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 3 und 6 an sich aus der DE-AS 11 44400 bekannt sind.
• Die Erfindung ist zum Prüfen weitgehend aller Anker geeignet, unabhängig davon, ob diese zweipolig oder vierpolig ausgeführt sind, mit einer Spulenwicklung oder Wellenentwicklung versehen usw.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
• Es stellen dar F i g. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Prüfen eines Ankers, F i g. 2 eine Stirnansicht der Vorrichtung gemäß F i 1, gesehen von rechts her gemäß Fig. 1, F i g. 3 eine Ansicht eines abgewickelten Ankers und Fig.4 ein Blockschaltbild einer für die Vorrichtung gemäß F i g. 1 verwendbaren elektrischen Schaltung.
• Gemäß Fig. 1 und 2 ist ein insgesamt mit 5 bezeichnetes Gestell mit zwei Böcken 7 und 9 versehen, in welchen ein insgesamt mit 11 bezeichneter Anker drehbar gelagert ist Der Bock 7 ist an seinem oberen Ende mit einer Aussparung 13 versehen, welche die aus magnetisierbarem Eisen bestehende Welle 15 des Ankers 11 aufnimmt.
• Der Bock 9 trägt an seinem oberen Ende zwei Kontaktböcke 17 und 19, welche elektrisch gegeneinander isoliert sind und beispielsweise aus Kupfer bestehen.
• Jeder der Kontaktböcke 17 und 19 ist mit einem Anschlußdraht 21 und 23 verbunden.
• Der Anker 11 ist an sich bekannter Bauart, wie sie beispielsweise in Gleichstromanlassern von Kraftfahrzeugen verwendet wird. Die Welle 15 trägt einen insgesamt zylindrischen Eisenkern 25, welcher aus einem Blechpaket besteht und an seinem Außenumfang in gleichmäßigen Abständen mit axial verlaufenden Nuten 27 versehen ist Weiter trägt die Welle 15 einen Kommutator 29 aus einzelnen, gegeneinander elektrisch isolierten Segmenten 31. Mit jedem Segment 31 sind zwei Drähte verlötet, durch welche insgesamt eine an sich bekannte Schleifenwicklung 33 gebildet ist, die an den Stirnseiten des Kerns 25 und in den Nuten 27 verläuft Zum Drehantreiben des Ankers 11 ist ein Elektromotor 35 vorgesehen, welcher mit der Außenfläche des Kerns 25 über ein Reibrad 37 zusammenwirkt und mittels eines nicht dargestellten Mechanismus an den Kern 25 heranbewegbar ist In geringem Abstand vom freien Ende der Welle 15 befindet sich deutlich außerhalb der Windungsfläche der Schleifenwicklung 33 ein vorteilhafterweise als Hall-Sensor ausgebildeter Meßkopf 40, der bei Auftreten eines Magnetfeldes eine dem Magnetfeld entsprechende Spannung erzeugt. Dieser Meßkopf 40 ist mit einer Meßschaltung 42 verbunden, von der aus auch die Stromversorgung der Kontaktböcke 17 und 19 erfolgt An die Meßschaltung 42 ist eine Anzeigelampe 44 angeschlossen, welche bei Feststellung eines Magnetfeldes durch den Meßkopf 40 aufleuchtet.
• Die Funktion der beschriebenen Anordnung wird anhand Fig. 3 erläutert: Fig.3 zeigt in abgewickelter Darstellung einen zweipoligen Gleichstromanker, dessen Kommutator 82 sechs Segmente a bis faufweist Entsprechend weist der Kern 84 sechs Nuten auf, durch die die Schleifenwicklung 86 geführt ist Zur Beschickung mit Strom sind zwei Bürsten 88 und 90 vorgesehen, die um 1800 versetzt sind bzw. sich gegenüberliegen. (In F i g. 2 sind die Kontaktblöcke 17 und 19 um 90" versetzt, so daß die dort dargestellte Anordnung besonders gut für einen vierpoligen Anker geeignet ist, dessen Strombeschikkung über zwei jeweils um 90" versetzt Kontaktpaare erfolgt).
• Wie ersichtlich bildet die Schleifenwicklung 86 zwei Strompfade 92 und 94 zwischen den Bürsten 88 und 90; im durchgehend gezeichneten 92 fließt der Strom 11, im gestrichelt gezeichneten 94 der Strom 12. Beide Ströme sind bei Intaktheit des Ankers gleich groß und rufen in bekannter Weise ein Magnetfeld hervor, welches in Richtung der Achse des Ankers keine wesentliche Komponente aufweist.
• Es sei nun angenommen, daß der Strompfad 1 an einer dem Segment b benachbarten Stelle bei 96 gestört ist, beispielsweise dadurch, daß eine Lötung einen hohen Übergangswiderstand aufweist Der durchgehend gezeichnete Strompfad 92 ist dann unterbrochen. Die Symmetrie des Ankerfeldes ist gestört Es tritt ein axial gerichtetes Feld auf, welches mit dem Meßkopf 40 (F i g. 1) gemessen werden kann. An den Verhältnissen ändert sich nichts, wenn der Anker in Richtung des Pfeils 98 weitergedreht wird; bis das Segment b mit der Bürste 90 in Kontakt ist.
• Wird der Anker nun etwas weitergedreht, so berührt die Bürste 90 die Segmente a und b, wodurch die fehlerhafte Stelle 96 überbrückt wird und ein intakter Anker vorgetäuscht wird, bei dem der Meßkopf 40 kein Feld aufnimmt.
• Beim Drehen des Ankers nimmt der Meßkopf 40 also normalerweise ein Feld auf. Lediglich an zwei genau definierten Stellen tritt kein Feld auf, nämlich wenn die Bürste 90 bzw. (nach Drehung um 1800) die Bürste 88 den Fehler96 überbrückt.
• Es sei nun angenommen, die Verbindung beider Drähte mit dem Segment b sei fehlerhaft, beispielsweise dadurch, daß beide Lötungen einen hohen Übergangswiderstand aufweisen: Der Widerstand des Strompfades 92 ist dann größer als der des Strompfades 94; die Symmetrie ist gestört, der Meßkopf 40 nimmt ein Feld auf.
• Die Unsymmetrie bleibt bestehen, bis das Segment b mit der Bürste 90 Berührung hat. Während der gesamten Dauer der Berührung haben beide Strompfade den gleichen (hohen) Widerstand. Es ist Symmetrie vorhanden. Der Meßkopf mißt kein Feld.
• Wenn die beiden, mit einem Segment verbundenen Drähte untereinander guten Kontakt haben, jedoch zum Segment hin ein hoher Übergangswiderstand vorhanden ist, ändern sich die beiden Verhältnisse: Normalerweise herrscht dann Symmetrie, also kein Feld im Bereich des Meßkopfes 40 vor. Lediglich wenn eine der Bürsten mit zwei benachbarten Segmenten einen eine Fehlerstelle überbrückenden Kontakt hat, tritt eine Unsymmetrie auf, die der Meßkopf 40 feststellt Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß sich mit der beschriebenen Anordnung sowohl Lage als auch Art des vorhandenen Ankerfehlers feststellen läßt F i g. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer für die Vorrichtung gernäß F i g. 1 geeigneten Schaltung: Der Meßkopf 40 ist mit einem gestrichelt angedeuteten Verstärker 146 verbunden, dessen Ausgang über einen Kondensator 148 zur gleichstrommäßigen Trennung mit einem Vergleicher 150 verbunden ist, der ebenfalls gestrichelt eingezeichnet ist.
• Der Vergleicher 150 ist über ein Zeitglied 152 mit einem Schalttransistor 154 verbunden, welcher im leitenden Zustand eine LED-Anzeige 156 aufleuchten läßt. Die Spannungsversorgung der Anordnung erfolgt über eine Klemme 158.
• Der Aufbau der einzelnen Bausteine ist an sich bekannt und wird daher nicht im einzelnen beschrieben.
• Es sei lediglich erwähnt, daß die Spannung, bei der der Vergleicher 150 ein Ausgangssignal zum Zeitglied 152 gibt, mittels eines Widerstandes 158 einstellbar ist.
• Die Funktion der Schaltung ist derart, daß bei Auftreten eines Magnetfeldes am Meßkopf 40 ein Wechselspannungssignal auftritt, wenn die Ankerwicklung, wie noch beschrieben wird, mit Wechselspannung beaufschlagt ist. Dieses Wechselspannungssignal gelangt nach Verstärkung im Verstärker 146 in den Vergleicher 150, wo es bei Überschreiten einer eingestellten Schwellenspannung ein Ausgangssignal erzeugt. Dieses Ausgangssignal wird dem Zeitglied 152 zugeführt, welches auch bei kurzzeitig andauerndem Ausgangssignal den Schalttransistor 154 über die an ihm definierte Zeitdauer leitend hält, wodurch die LED-Anzeige 156 aufleuchtet.
• Zur Beaufschlagung der Ankerwicklung mit Wechselspannung dient ein vom Netz gespeister Transformator 160, dessen Sekundärseite über die Anschlußdrähte 21 und 23 mit der Wicklung 33 verbunden ist. Die Ausgangsspannung des Transformators 160 wird nach Gleichrichtung in einem Gleichrichter 162 einem insgesamt mit 164 bezeichneten Vergleicher zugeführt, dessen Schaltschwelle so eingestellt ist, daß sie etwas unter der Leerlaufspannung des Transformators 160 liegt.
• Dem Vergleicher 164 sind zwei Schalttransistoren 166 und 168 nachgeschaltet, deren Schaltspannungen über Widerstände in an sich bekannter Weise derart eingestellt sind, daß bei unbelastetem Transformator 160, d. h. defekter Wicklung 33 des Ankers 11 der Schalttransistor 166 leitend wird und dadurch eine rote Anzeigelampe 170 aufleuchtet, wohingegen bei belastetem Transformator 160 und damit abgesunkener Spannung der Schalttransistor 168 leitend wird und dadurch eine grüne Anzeigelampe 1172 aufleuchtet.

Claims (9)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Prüfen der Wicklung eines Ankers einer elektrischen Maschine, insbesondere eines mit einem Kommutator versehenen Ankers, mit dessen Stromzuführungen jeweils wenigstens zwei Spulen der Wicklung verbunden sind, bei welchem Verfahren der Wicklung über zwei Stromzuführungen Strom zugeführt wird und das vom Anker erzeugte Magnetfeld gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten von parallel zur Drehachse des Ankers gerichteten Magnetfeldkomponenten ein Fehlersignal erzeugt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung mit Wechselstrom erregt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Anker mit einem Kommutator versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzufuhr über ortsfeste Kontakte erfolgt und der Ankter gedreht wird, so daß im Laufe einer Umdrehung des Ankers alle Kommutatorsegmente mit Spannung beaufschlagt werden.
4. 4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 für einen mit Kommutator versehenen Anker, gekennzeichnet durch ein Gestell (5) zur drehbaren Halterung des Ankers (11) mit einem ersten Bock (7) zur Aufnahme des einen Endes einer Ankerwelle (15), einem zweiten Bock (9, t7, t9) zur Aufnahme des Kommutators (29), einer Einrichtung (17, 19, 21, 23) zur Beschickung zweier Segmente des Kommutators mit Strom und einer Meßeinrichtung (40, 42, 44) zur Messung eines Magnetfeldes mit einem nahe der Ankerwelle außerhalb der Wicklung angeordneten Meßkopf (40) und einer Anzeigeeinheit (Anzeigelampe 44), welche das Vorhandensein eines Magnetfeldes anzeigt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (17, 19, 21, 23) zur Beschickung zweier Segmente (31) des Kommutators (29) mit Strom zwei sich gegenüberliegende Kontaktböcke (17, 19) aufweist, die eine Lagerung für den Kommutator bilden.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (40) durch einen Hall-Sensor gebildet ist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzeigeeinheit (156) ein Vergleicher (150) vorgeschaltet ist.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch eine Strommeßeinrichtung (164, 166, 168, 170, 172) zur Anzeige des durch die Ankerwicklung (33) fließenden Stromes.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, gekennzeichnet durch einen Antrieb (35, 37) zum Drehen des Ankers (11).

   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Prüfen der Wicklung eines Ankers einer elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und bezieht sich weiter auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

   Elektrische Maschinen, beispielsweise Anlasser oder auch Generatoren von Kraftfahrzeugen, werden häufig nach längerem Gebrauch wieder aufbereitet und kommen dann erneut zum Einsatz. Bei der Wiederaufbereitung ebenso wie bei der Diagnose einer defekten Maschine ist es wichtig, zu wissen, ob der Anker in funktionell einwandfreiem Zustand ist. Eine häufige Fehlerursache liegt darin, daß einzelne Windungen bzw.

   Spulen der Ankerwicklung beschädigt sind oder daß die elektrische Verbindung zwischen der Ankerwicklung und den Stromzuführungen, beispielsweise Schleifringen oder einem Kollektor, des Ankers infolge von Defekten in der Lötverbindung oder sonstwie fehlerhaft sind.

   Bekannt ist, die Ankerwicklung und deren Anschlüsse visuell zu prüfen oder den Strom zu messen, der bei Beaufschlagung der Stromzuführungen mit einer gegebenen Spannung fließt. Beides ist verhältnismäßig mühsam und zeitaufwendig. Die Strommessung muß, um zu verläßlichen Aussagen zu führen, sehr genau sein, was ebenfalls einen hohen Aufwand bedeutet. Zusätzlich kann die Strommessung durch unterschiedliche Übergangswiderstände verfälscht werden.

   Aus der DE-AS 11 44400 ist bekannt, Kommutierungsströme, die in einem umlaufenden Anker elektrischer Maschinen während des Betriebs fließen, dadurch zu messen, daß am Außenumfang des Ankers in radial kleinem Abstand von der Ankeroberfläche eine Einrichtung zur Messung des radialen Magnetfeldes, beispielsweise ein insgesamt U-förmiger Kern mit Hallspannungserzeuger angebracht wird. Zum Messen der Funktionstüchtigkeit einer aus mehreren Spulen aufgebauten Ankerwicklung ist die bekannte Einrichtung nicht geeignet, da auch bei Ausfall einzelner Windungen ein radiales Magnetfeld bestehen bleibt, das gegenüber dem eines intakten Ankers lediglich geschwächt ist. Es müßte somit eine Absolutmessung der Feldstärke erfolgen, die außerordentlich aufwendig ist.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Prüfen der Wicklung eines Ankers einer elektrischen Maschine sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung anzugeben, mit dem bzw. der bei wenig Aufwand zuverlässige Prüfergebnisse erzielt werden.

   Der das Verfahren betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

   Der Erfindung macht sich zu nutze, daß Ankerwicklungen so gebaut sind, daß das von ihnen erzeugte Magnetfeld bei Intaktheit des Ankers rotationssymmetrisch zur Drehachse des Ankers ist. d. h. insbesondere, daß es in der Drehachse des Ankers keine parallel zur Drehachse gerichteten Komponenten hat. Liegt in der Ankerwicklung oder bei der Kontaktierung der Windungen bzw. Spulen der Wicklung ein Defekt vor, so wird diese Symmetrie gestört und das von der Ankerwicklung erzeugte Magnetfeld erhält im Bereich der Drehachse des Ankers parallel zur Achse gerichtete Komponenten. Ein Magnetfelddetektor, der auf parallel zur Drehachse des Ankers gerichtete Magnetfelder anspricht, erzeugt bei einem Fehler in der Ankerwicklung oder deren Kontaktierung ein Fehlersignal. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit außerordentlich einfach durchführbar und liefert zuverlässige Meßergebnisse, da nur bei fehlerhaftem Anker ein Signal auftritt. Bei Anwendung des Verfahrens an einem mit Kommutator versehenen Anker besteht der zusätzliche Vorteil, daß der Ort des Fehlers lokalisiert werden kann.