DE4138829C2 - Kommutator für einen Motor und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kommutator für einen Motor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Ein solcher, aus der DE-AS 10 73 080 bekannter Kommutator für einen Motor besteht aus mehreren Kommutatorsegmenten, die an ihrer Innenumfangsfläche mittels eines Isoliermaterials vergossen sind. Jedes Kommutatorsegment umfaßt Klauenelemente, die an in Axialrichtung verlaufenden Seiten schräg über die Vertiefung hervorstehend angeordnet sind. An der in Radialrichtung verlaufenden Seite der Vertiefung steht ein weiteres Klauenelement hervor.

Aus der DE-OS 36 30 075 ist es bekannt, ein ebenes Blech zu stanzen, zu einer Hülse zu rollen, und dann mittels eines Werkzeuges, das in Axialrichtung der Hülse gezogen wird, Klauenelemente zu bilden, die als Hinterschneidungen für einen Formschluß mit einer Preßmasse dienen.

Aus der GB-PS 12 23 677 ist ein Kommutator bekannt, der eine Mehrzahl von umgebogenen Vorsprüngen aufweist, die in Axialrichtung nach innen gebogen sind.

Ein weiterer, allgemein bekannter Kommutator zur Verwendung in einem Miniaturmotor wird anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert. Auf der Außenumfangsfläche eines zylindrischen Isolierharzbereiches 1 zum Anbringen einer Motorwelle in der Mitte sind eine Mehrzahl vom Kommutatorsegmenten 2 so befestigt, daß sie durch Teilungsschnitte 3 voneinander isoliert sind. In einem Miniaturmotor werden die Kommutatorsegmente 2 einer Zentrifugalkraft, einer Rotationskraft und einer Zugkraft während der Drehung unterworfen, so daß die Kommutatorsegmente 2, die an dem Isolierharzbereich 1 befestigt sind, sich von diesem ablösen können.

Um dieses zu verhindern, sind, wie in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigt sind, jeweils radial nach innen weisende Klauenelemente (nachstehend als Innenklauen bezeichnet) 5A, 5B und 5C zur Befestigung mit dem Isolierharzbereich 1 vorgesehen.

Die in Fig. 2 gezeigten Innenklauen 5A werden durch Einschneiden und Hochbiegen derselben in einem Abstand in Umfangsrichtung hergestellt. Die in Fig. 3 gezeigten Innenklauen 5B sind solchermaßen ausgebildet, daß Vorsprünge, die als Innenklauen dienen, zuvor an beiden Enden einer ebenen Platte, die aus einem leitenden Material hergestellt ist, mit einem Abstand eingeformt werden und nachdem die Platte in eine zylindrische Form gebracht wurde die Vorsprünge so gebogen werden, daß sie in Radialrichtung nach innen hervorstehen. Die in Fig. 4 gezeigten Innenklauen 5C sind als gewalzte Vorsprünge ausgebildet, die durch Walzen einer flachen Platte, die aus einem leitenden Material besteht, hergestellt werden, wobei die Vorsprünge in Längsrichtung verlaufen.

Beim Herstellen der eingeschnittenen und hochgebogenen Innenklauen 5A, wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist eine große Anzahl von Arbeitsgängen erforderlich. Bei den Innenklauen 5B, wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist ein vergleichsweise großes Volumen an Isolierharz erforderlich, um eine genügend große Festigkeit gegenüber einem Lösen, der Innenklauen 5A von dem Isolierharzbereich 1 zu erzielen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die Dimensionierung des Kommutators in seiner Formgebung beschränkt wird. Bei der Herstellung der Innenklauen 5C, wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist ein Walzprozeß erforderlich, was in nachteiliger Weise hohe Maschinenkosten verursacht. Bei der Herstellung der Innenklauen 5C, wie in, Fig. 4 gezeigt ist, sind vergleichsweise tiefe Teilungsschnitte 3 erforderlich, was dazu führt daß die Festigkeit des Isolierharzbereiches 1 vermindert wird und der Verschleiß der Werkzeuge zur Herstellung der Teilungsschnitte 3 erhöht wird.

Außerdem tritt bei den Innenklauen 5A, 5B und 5C das gemeinsame Problem auf, daß eine Deformation beim Einfüllvorgang des Isolierharzes aufgrund des Drucks beim Einfüllen auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen aus mehreren Kommutatorsegmenten bestehenden Kommutator zu schaffen, der auf einfache Weise und kostengünstig herstellbar ist und eine hohe Lebensdauer auch unter großen mechanischen Belastungen aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Kommutators anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 4 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß sind außer den an in Axialrichtung verlaufenden Seiten der Vertiefung angeordneten Klauenelementen an zumindest einer in Radialrichtung verlaufenden Seite der Vertiefung ein Paar von Klauenelementen angeordnet, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Durch diese Art der Anordnung von Klauenelementen wird zusammen mit dem diese umgebenden Isolierharz eine gute mechanische Festigkeit gegenüber allen Belastungsrichtungen erreicht.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Kommutator auf einfache Weise, in guter Qualität bei geringen Werkzeugkosten herstellbar.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine teilweise herausgebrochene Perspektivansicht eines herkömmlichen Kommutators;

Fig. 2 eine teilweise herausgebrochene Seitenansicht, die Innenklauen eines herkömmlichen Kommutators zeigt;

Fig. 3 eine teilweise herausgebrochene Seitenansicht, die Innenklauen eines anderen herkömmlichen Kommutators zeigt; und

Fig. 4 eine teilweise herausgebrochene Seitenansicht, die Innenklauen eines weiteren herkömmlichen Kommutators zeigt;

Fig. 5 bis 20 Darstellungen, die einen Kommutator einer ersten Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei

Fig. 5 eine teilweise herausgebrochene Perspektivansicht des Kommutators ist;

Fig. 6 eine teilweise vergrößerte Schnittansicht von Fig. 5 ist;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht der Kommutatorsegmente ist;

Fig. 8 eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A in Fig. 7 ist;

Fig. 9 eine Teilansicht entlang einer Linie B-B in Fig. 7 ist;

Fig. 10 eine Perspektivansicht einer ebenen Platte zur Bil­ dung von Kommutatorsegmenten ist;

Fig. 11 eine Perspektivansicht des ersten Arbeitsvorgangs zur Herstellung der Kommutatorsegmente ist;

Fig. 12 eine Teilansicht von Fig. 11 ist;

Fig. 13 eine Perspektivansicht des zweiten Arbeitsvorgangs zur Herstellung der Kommutatorsegmente ist;

Fig. 14 eine Schnittansicht von Fig. 13 ist;

Fig. 15 eine Perspektivansicht des dritten Arbeitsvorgangs zur Herstellung der Kommutatorsegmente ist;

Fig. 16 eine Schnittansichtt von Fig. 15 ist;

Fig. 17 eine Perspektivansicht des vierten Arbeitsvorgangs zur Herstellung der Kommutatorsegmente ist;

Fig. 18 eine Schnittansicht von Fig. 15 ist;

Fig. 19 eine Perspektivansicht des fünften Arbeitsvorganges zur Herstellung der Kommutatorsegmente ist; und

Fig. 20 eine Schnittansicht von Fig. 17 ist.

Die Fig. 21 bis 28 zeigen eine zweite Ausführungsform eines Kommutators entsprechend der vorliegenden Erfindung, wobei

Fig. 21 eine teilweise herausgebrochene Perspektivansicht des Kommutatorsegments ist;

Fig. 22 eine Perspektivansicht des Kommutatorsegments ist;

Fig. 23 Schnittansicht entlang der Linie C-C in Fig. 22 ist;

Fig. 24 eine Schnittansicht der Linie D-D in Fig. 22 ist;

Fig. 25 eine Perspektivansicht ist, die eine ebene Platte zeigt, die für die Kommutatorsegmente dient;

Fig. 26 eine Perspektivansicht ist, die den ersten Herste­ lungsvorgang der Kommutatorsegmente zeigt;

Fig. 27 eine quer verlaufende Schnittansicht von Fig. 26 ist;

Fig. 28 eine Längsschnittansicht von Fig. 26 ist,

Fig. 29 eine Perspektivansicht ist, die den zweiten Herstel­ lungsvorgang der Kommutatorsegmente zeigt;

Fig. 30 quer verlaufende Schnittansicht von Fig. 29 ist;

Fig. 31 eine Längsschnittansicht von Fig. 29 ist;

Fig. 32 eine Perspektivansicht ist, die den dritten Herstel­ lungsvorgang der Kommutatorsegmente zeigt;

Fig. 33 eine verlaufende Schnittansicht von Fig. 32 ist;

Fig. 34 eine Längsschnittansicht von Fig. 32 ist;

Fig. 35 eine Perspektivansicht des dritten Herstellungs­ vorgangs der Kommutatorsegmente ist;

Fig. 36 eine Schnittansicht von Fig. 35 ist

Fig. 37 eine Perspektivansicht des vierten Herstellungsvor­ gangs des Kommutatorsegmente ist; und

Fig. 38 eine Schnittansicht von Fig. 35 ist.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend im Detail unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 20 beschrieben. In den Fig. 5 und 6 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Kommutatorsegment angegeben, das aus einem leitenden Material hergestellt ist; mit dem Bezugszeichen 11 ist ein Isolierharzbereich zylindrischer Form angegeben; mit dem Bezugszeichen 12 ist ein Teilungsschnit angegeben, der durch Schneiden in konstanten Abständen in Umfangsrichtung nach innen von der Außenfläche des Kommutatorsegments 10 ausgehend in den Isolierharzbereich 11 ausgebildet ist. Eine Mehrzahl von Kommutatorsegmenten sind adhäsiv auf der Außenumfangsfläche des Isolierharzbereichs 11 abwechselnd mit den Teilungsschnitten 12 befestigt.

Das Kommutatorsegment 10 ist mit einer solchen Form ausgebildet, wie sie, in den Fig. 7 bis 9 veranschaulicht ist, wobei die Außenumfangsfläche 15 eine Kreisbogenfläche ist, wobei auf der Innenumfangsfläche 16 Nuten ausgebildet sind und nach innen vorstehende Innenklauen zum Halten des Isolierharzes in Umfangsrichtung der Wand vorgesehen ist. Mehr im einzelnen weist das Kommutatorsegment auf:
In Breitenrichtung extrem schmale rechteckige Nuten 17A und 17B mit tiefem Nutboden an beiden Enden in Umfangsrichtung,
in Umfangsrichtung nach außen weisende Klauenelemente (nachstehend als Innenklauen bezeichnet) 18A und 18B, die nach innen von den Innenenden der Nuten 17A und 17B vorstehen und zu dem Boden des Teilungsschnitts 12 abgeschrägt sind,
V-förmige Nuten 19A und 19B, die in der Mitte der nach außen weisenden Innenklauen 18A und 18B definiert sind,
in Umfangsrichtung nach innen weisende Klauenelemente (nachstehend als Innenklauen bezeichnet) 20A und 20B, die vorgesehen sind durch Ausbildung der Innenseitenwände der Nuten 19A und 19B solcherart, daß sie nach innen vorstehen und zueinander abgeschrägt sind und
eine in Breitenrichtung breite rechteckige flache Vertiefung 21, die innerhalb der nach innen weisenden Innenklauen 20A und 20B definiert ist.

Die Nuten und Klauen, die auf dem Kommutatorsegment 10 ausgebildet sind, erstrecken sich über dessen gesamte axiale Länge außer der Vertiefung 21, die in der Mitte des Kommutatorsegments 10 mit Abständen zu den oberen und unteren Enden des Kommutatorsegments 10 ausgebildet ist. In den Abständen sind eingeschnittene und hochgebogene Klauenelemente (nachstehend als Vorsprünge bezeichnet) 22A und 22B vorgesehen, die in Richtung der Vertiefung 21 entlang der oberen und unteren Seite abgeschrägt sind, d. h. in Umfangsrichtung. Somit sind V-förmige Nuten 23A und 23B zwischen den eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprüngen 22A, 22B und der oberen und unteren Seite des Kommutatorsegments 10 jeweils definiert.

Die Innenfläche des Kommutatorsegments 10, die Nuten, Vertiefungen, Innenklauen und eingeschnittene und hochgebogene Vorsprünge aufweist, die in diesem ausgebildet sind, ist adhäsiv mit der Außenfläche des zylindrischen Isolierharzbereichs 11 befestigt, wobei die Teilungsschnitte 12 in einer solchen Weise geöffnet sind, daß die Nuten 17A und 17B an beiden Seiten in Umfangsrichtung den Teilungsschnitten 12 gegenüberstehen. Das Isolierharz, das in die Vertiefung 21 eingefüllt wird, die durch den Mittelbereich der Innenumfangsfläche des Kommutatorsegments 10 definiert wird, wird durch die innenliegenden Innenklauen 20A und 20B umgeben, die nach innen von beiden Umfangsflächen hervorstehen und ist umgeben von den eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprüngen 22A und 22B, die nach innen von der oberen und unteren Seite der Vertiefung 21 vorstehen.

Dementsprechend stehen vier Seitenwände zu der Vertiefung 21 nach innen vor, wodurch abgesichert wird, daß das Isolierharz, das in die Vertiefung 21 eingefüllt ist, wirksam mit dieser im Eingriff befindlich ist. Diese Anordnung sichert ab, daß das Kommutatorsegment 10 wirksam mit dem Isolierbereich 11 in den dreiachsigen Richtungen in Eingriff befindlich ist, wie in den Fig. 7 bis 9 gezeigt ist, durch Vorsehen von vier Seitenwänden, d. h. durch die nach innen weisenden Innenklauen 20A, 20B und die eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprünge 22A, 22B gegen die Zentrifugalkraft β, die die Rotation des Motors nach sich zieht, durch die nach innen weisenden Innenklauen 20A, 20B gegen die Rotationskraft y, und durch die eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprünge 22A, 22B gegen die Zugkraft α.

Darüber hinaus stehen die Kommutatorsegmente 10, die an den Teilungsschnitt 12 angrenzen, der dazwischen befindlich ist, zu dem Isolierharz, das in die Nuten 17A und 17B eingefüllt ist, mittels der nach außen weisenden Innenklauen 18A und 18B über. Somit ist der Isolierharzbereich 11, der dem Teilungsschnitt 12 gegenübersteht, sicher mit den nach außen weisenden Innenklauen 18A und 18B gegenüber der Rotationskraft γ in Eingriff.

Nachfolgend wird das Verfahren zur Herstellung des Kommutators der obigen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Fig. 10 bis 20 beschrieben.

Unter Verwendung einer dünnwandigen, streifenförmigen ebenen Platte 30, die aus einem leitenden Material hergestellt ist, wie in Fig. 10 gezeigt, sind auf einer Fläche und von einer Seite (die untere Seite in der Figur) abwechselnd rechteckige Nuten 17, die in Breitenrichtung schmal sind sowie Vertiefungen 21, die in Breitenrichtung breiter, aber kürzer in Längenrichtung als die Nuten 17 sind, geformt, wie in den Fig. 11 und 12 gezeigt ist. Die Vertiefungen 21 sind in der Tiefe flacher, als die Nuten 17 und mit einem spezifizierten Zwischenraum für sich von den beiden Seiten der Platte 30 geformt, während die Nuten 17 durch Einschneiden der Platte an einer Seite der Platte 30 geformt sind. Sowohl die Nuten 17 als auch die Vertiefungen 21 sind von der anderen Seite (der oberen Seite in der Figur) beabstandet, wodurch ein Stanzbereich 41 für einen gebogenen Flanschbereich stehengelassen wird. Das Formen wird so ausgeführt, daß eine Mehrzahl von Nuten und Vertiefungen durch einen einmaligen Preßarbeitsgang ausgebildet werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 13 und 14 sind ein Paar hervorstehender Bereiche 32A und 32B ausgebildet, die eine V-förmige Nut 19 bilden, die zwischen die Nut 17 und die Vertiefung 21 plaziert wird durch Offenschneiden eines Stegbereiches 31, der zwischen der Nut 17 und der Vertiefung 21 liegt, in eine V-Form unter Verwendung eines Keils (nicht gezeigt). In der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Winkel der V-förmigen Nut 19 annähernd 30°. Sowohl auf der oberen als auch der unteren Seite der Vertiefung 21 sind außerdem eingeschnittene und hochgebogene Vorsprünge 22A und 22B vorgesehen, die nach innen gerichtet sind (in Richtung der Vertiefung 21). Diese eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprünge 22A und 22B werden ausgebildet durch Vorsehen von V-förmigen Nuten 23A und 23B an deren jeweiligen oberen und unteren Außenseite.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 15 und 16 wird die Nut 19, die durch den Keil offengeschnitten ist (auf einen Winkel von ungefähr 90° in dieser Ausführungsform) in solcher Weise erweitert, daß die hervorstehenden Teile 32A und 32B auf beiden Seiten der Nut voneinander abgeschrägt sind, um an der Nut 17 durch das hervorstehende Teil 32A und an der Vertiefung 21 durch das hervorstehende Teil 32B überzustehen, wodurch die nach außen weisenden Innenklauen 18 und die nach innen weisenden Innenklauen 20 ausgebildet werden. Danach wird die obere Seite der ebenen Platte 30 in eine erforderliche Form gestanzt, wie das in der Figur veranschaulicht ist, wodurch die hervorstehenden Bereiche 33 ausgebildet werden, die als Verbindungsklauen dienen.

Danach wird die ebene Platte 30 einem Schnittvorgang unterworfen, zum Schneiden der ebenen Platte in eine Mehrzahl von Kommutatorplatteneinheiten, von denen jede eine vorbestimmte Länge hat, die einer Form einer Kommutatorplatteneinheit entspricht. Das heißt, die dünnwandige streifenförmige, ebene Platte 30, die aus einem leitfähigen Material hergestellt ist, besteht aus einer Mehrzahl von Kommutatoreinheiten, die aufeinanderfolgen, und die Kommutatoreinheiten werden aufeinanderfolgend zugeführt, um mittels eines Preßvorgangs hergestellt zu werden. Durch Schneiden der ebenen Platte in eine vorbestimmte Form, entspricht jeder der geschnittenen Platten einer Kommutatoreinheit, die aus einer Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Kommutatorsegmenten besteht.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 17 und 18 wird die ebene Platte 30 einem zylindrischen Biegevorgang unterworfen, wobei beide Seiten adhäsiv verbunden werden, um eine zylindrische Röhre 35 zu bilden, die Nuten 17, 19, 23A, 23B und Innenklauen 18 und 20, Vertiefungen 21, und eingeschnittene und hochgebogene Vorsprünge 22A und 22B, die an deren Innenumfangsfläche ausgebildet sind, aufweist. Die Arbeitsvorgänge zum Formen der Nuten und Vertiefungen beim zylindrischen Biegen werden mittels eines Preßarbeitsvorganges ausgeführt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 19 und 20 wird ein Isolierharz in die zylindrische Röhre 35 eingefüllt, wobei der zylindrische Isolierharzbereich 11 gebildet wird, an den die zylindrische Röhre 35 adhäsiv an seiner Außenumfangsfläche befestigt wird. Der Innendurchmesser des Isolierharzbereiches 11 ist auf einen Wert festgesetzt, der dem Außendurchmesser einer Motorwelle, die in diesen eingesetzt wird, entspricht.

Zum Schluß wird der Mittelbereich der Nut 17 von der Außenumfangsfläche geschnitten, um den Teilungsschnitt 12 zu bilden, wodurch die zylindrische Röhre 35 in eine Mehrzahl von Kommutatorsegmenten 10 getrennt wird. Ebenso werden die hervorstehenden Bereiche 33 einem Biegearbeitsgang unterworfen, um Verbindungsklauen 40 (siehe Fig. 5) zu bilden. Jede Verbindungsklaue 40 ist mit einer Wicklung 39 (siehe Fig. 9) verbunden.

Mittels der zuvor erläuterten Arbeitsvorgänge kann ein Kommutator hergestellt werden, der eine Anzahl von Kommutatorsegmenten 10 aufweist, die durch Teilungsschnitte 12 getrennt sind und der adhäsiv fest auf der Außenumfangsfläche des Isolierharzbereiches 11, wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist, befestigt ist.

Die Fig. 21 bis 38 betreffen eine zweite bevorzugte Ausführungsform für einen Kommutator entsprechend der vorliegenden Erfindung. In Fig. 21 ist mit dem Bezugszeichen 50 ein Kommutatorsegment angegeben; mit dem Bezugszeichen 51 ist ein zylindrisches Isolierharz angegeben; mit dem Bezugszeichen 52 ist ein Teilungsschnitt in das Kommutatorsegment 50 von der Außenumfangsfläche in den Isolierharzbereich 51 mit konstanten Zwischenräumen in Umfangsrichtung angegeben. Eine Mehrzahl von Kommutatsorsegmenten 50 sind abwechselnd zu den Teilungsschnitten 52 adhäsiv auf der Umfangsfläche des Isolierharzbereichs 51 angeordnet.

Das Kommutatorsegment 50 ist von einer solchen Form, wie es von den Fig. 22 bis 24 veranschaulicht wird, wobei dessen Außenumfangsfläche 55 eine Kreisbogenfläche ist und wobei auf seiner Innenumfangsfläche 56 in Umfangsrichtung der Wand Nuten vorgesehen sind, nach innen hervorstehende Innenklauen zum Halten des Isolierharzes vorgesehen sind und konvexe Bereiche vorgesehen sind. Mehr im einzelnen hat das Kommutatorsegment 50 in Breitenrichtung extrem schmale und rechteckige Nuten 57A und 57B an beiden Seiten in Umfangsrichtung; außen liegende Innenklauen 58A und 58B, die nach innen hervorstehen und die von den Innenseiten der Nuten 57A und 57B abgeschrägt sind, nähern sich einander an; eine Vertiefung 59 ist innerhalb der außen liegenden Innenklauen 58A und 58B vorgesehen; ein konvexer Mittelbereich 60 ist in der Mitte der Vertiefung 59 vorgesehen; und ein konvexer Endbereich 62 ist an der Seite eines Endes der Vertiefung 59 vorgesehen; eingeschnittene und nach oben gebogene Vorsprünge 62A und 62B, die nach außen an beiden axialen Enden des konvexen Mittelbereichs 60 abgeschrägt sind, sind vorgesehen; und ein eingeschnittener und hochgebogener Vorsprung 62C, der nach innen an der Innenseite des konvexen Endbereichs 61 abgeschrägt ist, ist vorgesehen.

Die Nuten 57A und 57B und die außen liegenden Klauen 58A und 58B, die auf dem Kommutatorsegment 50 ausgebildet sind, sind über ihre gesamte axiale Länge ausgebildet, während die Vertiefung 59 mit Abständen von dem oberen Ende und dem konvexen Endbereich 61 ausgebildet ist.

Die Innenseite des Kommutatorsegments 50, die die Nuten, die Innenklauen, die Vertiefungen, die Konvexbereiche, die Klauen und die eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprünge aufweist, die darauf ausgebildet sind, ist adhäsiv mit der Außenfläche des zylindrischen Isolierharzbereichs 51 zu den Tei­ lungsschnitten 52 befestigt, die so geöffnet sind, daß die Nuten 57A und 57B, die an beiden Enden in Umfangsrichtung angeordnet sind, den Teilungsschnitten 52 gegenüberstehen. Das Isolierharz, das in die Vertiefung 59 eingefüllt ist, die in der Mitte des Innenumfangsbereichs des Kommutatorsegments 50 festgelegt ist, wird durch die außen liegenden Innenklauen 58A und 58B umgeben, die nach innen von beiden Umfangsenden und dem konvexen Mittelbereich 60 hervorstehen, und wird ebenso von den eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprüngen 62A und 62B umgeben, die nach außen von beiden axialen Enden des konvexen Mittelbereichs 60 abgeschrägt sind und wird von den eingeschnittenen und nach oben gebogenen Vorsprüngen 62C, die nach innen von dem Ende des konvexen Endbereichs 61 abgeschrägt sind, umgeben.

Als ein Ergebnis stehen die Innenklauen 58A und 58B und die eingeschnittenen und nach oben gebogenen Vorsprünge 62A und 62B und 62C an der Vertiefung 59 nach innen über, wodurch sichergestellt wird, daß das in die Aussparung 59 eingefüllte Isolierharz sicher mit diesen in Eingriff befindlich ist. Durch diese Anordnung wird das Kommutatorsegment 50 mit dem Isolierharzbereich 51 in dreiachsigen Richtungen, wie in den Fig. 22 und 23 gezeigt, durch fünf Seitenwandungen in Eingriff gebrachte d. h., durch die Innenklauen 58A und 58B und die eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprünge 62A, 62B und 62C gegenüber der Zentrifugalkraft β, die die Rotation des Motors nachsichzieht, durch die Innenklauen 58A und 58B gegen die Rotationskraft γ und durch die eingeschnittenen und, hochgebogenen Vorsprünge 62A, 62B und 62C gegenüber der Zugkraft α.

Darüberhinaus stehen die Kommutatorsegmente 50, die an den dazwischen angeordneten Teilungsschnitt 52 angrenzen, über das, in die Mut en 57A und 57B eingefüllte Harz über mittels der Innenklauen 58A und 58B. Somit ist ebenfalls der Isolierharzbereich 51, der den Teilungsschnitten 52 gegenübersteht, mit den äußeren Innenklauen 58A und 58B gegenüber der Rotationskraft γ in Eingriff befindlich. Außerdem haben die eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprünge 62A und 62B, die in der Nähe der Verbindungsklaue 69 ausgebildet sind, eine Funktion, das Kommutatorsegment 50 daran zu hindern, sich hinsichtlich eines hohen Wärmeniveaus, das bei der Verdrahtung erzeugt wird, zu verschieben. Außerdem kann die zweite Ausführungsform, verglichen mit der ersten Ausführungsform, einen größeren Bereich zum Halten des Isolierharzbereiches 51 bereitstellen, auch bei einem Miniatur- und Multipolarkommutator, der eine kürzere Breite und Länge hat, um eine Festigkeit gegenüber einer Abtrennung in genügendem Ausmaß sicherzustellen.

Als nächstes wird das Verfahren zur Herstellung des Kommutators nach der zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Fig. 25 bis 38 beschrieben.

Unter Verwendung einer dünnwandigen, streifenförmigen, ebenen Platte 66, die aus einem leitenden Material hergestellt ist, wie in Fig. 25 gezeigt, werden auf der einen Fläche und von, einer Seite her (die untere Seite in der Figur) in Breitenrichtung schmalere rechteckige Nuten 57 und in Breitenrichtung breitere Vertiefungen 59 abwechselnd eingeformt, wie in den Fig. 26 bis 28 gezeigt ist. Ein rechteckiger, konvexer Mittelbereich 60 wird in der Mitte der Vertiefung 59 eingeformt, während ein konvexer Endbereich 61 an der Seite des einen Endes der Vertiefung 59 geformt wird. Die Vertiefung 59 und die Nuten 57 haben die gleiche Tiefe und sowohl die Vertiefung 59 als auch die Nuten 57 sind durch Schneiden in die Platte von der Kante des einen Endes ausgebildet. Die Vertiefung 59 und die Nuten 57 sind beide von der anderen Seite her beabstandet (der oberen Seite in der Figur), wodurch ein Stanzbereich 67 für einen Flanschbereich zurückgelassen wird. Das Ausformen wird solcherart ausgeführt, daß eine Mehrzahl von Nuten, Vertiefungen und konvexen Bereichen mittels eines einmaligen Preßarbeitsganges ausgebildet werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 29 bis 31, werden die Nuten 57 erweitert (auf einen Winkel von annähernd 90° in dieser Ausführungsform), um die Innenklauen 58A und 58B beiderseits der Nut 57 in solche Richtungen abzuschrägen, daß sie voneinander abstehen, d. h. die Innenklauen 58A und 58B stehen über die Vertiefung 59 über und sind nach innen abgeschrägt. Beide axialen Enden des konvexen Mittelbereiches 60 sind eingeschnitten und auswärts nach oben gebogen, um eingeschnittene und hochgebogene Vorsprünge 62A und 62B zu schaffen, während das Innenende des konvexen Endbereichs 62 eingeschnitten und nach innen hochgebogen ist, um einen eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprung 62C zu bilden. Die eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprünge 62A, 62B und 62C sind abgeschrägt, um an der Vertiefung 59 überzustehen. Danach wird die obere Seite der ebenen Platte 66 in eine erforderliche Form gestanzt, wie in der Figur veranschaulicht ist, wodurch hervorstehende Bereiche 67 gebildet werden, die als Verbindungsklauen dienen.

Danach wird die dünnwandige, streifenförmige, ebene Platte 66, die aus einem leitenden Material hergestellt ist, und die eine Reihe einer Mehrzahl von Kommutatoreinheiten aufweist, einem Preßformvorgang mit Folgewerkzeugen unterworfen. Durch den Arbeitsvorgang des Schneidens der ebenen Platte in eine spezifizierte Länge ergibt sich eine Mehrzahl von geschnittenen Platten in einer Reihe von Kommutatorsegmenten, die einer Kommutatoreinheit entsprechen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 35 und 36 wird die ebene Platte 66 einem zylindrischen Biegeprozeß unterworfen, und beide Enden werden adhäsiv miteinander verbunden, wodurch eine zylindrische Röhre 68 mit Nuten 57, Innenklauen 58, eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprüngen 62, Vertiefungen 59, konvexen Bereichen 60 und dergleichen auf ihrer Innenumfangsfläche hergestellt wird. Die Arbeitsvorgänge, des Formens der Nuten und Vertiefungen beim zylindrischen Biegen werden durch Preßarbeitsgänge ausgeführt.

Bezugnehmend auf die Fig. 37 und 38 wird ein Isolierharz in die zylindrische Röhre 68 eingefüllt, wodurch der zylindrische Isolierharzbereich 51 gebildet wird. Die zylindrische Röhre 68 ist adhäsiv auf der Außenumfangsfläche des Isolierharzbereiches 51 befestigt. Der Innendurchmesser des Isolierharzbereiches 51 wird auf einen Wert festgesetzt, der dem Außendurchmesser der Motorwelle, die darin eingesetzt wird, entspricht.

Abschließend wird der Mittelbereich der Nut 57 der zylindrischen Röhre 68 an seiner Außenumfangsfläche geschnitten, wodurch die zylindrische Röhre 68 in eine Mehrzahl von Kommutatorsegmenten 50 getrennt wird. Auch werden die hervorstehenden Bereiche 67 so gebogen sind, daß sie Verbindungsklauen bilden, von denen jede mit einer Wicklung 70 gekoppelt ist.

Durch die zuvor erwähnten Arbeitsvorgänge können eine Mehrzahl von Kommutatoren mit einer Anzahl von Kommutatorsegmenten 50, die durch die Teilungsschnitte 52, wie in den Fig. 21 gezeigt, getrennt sind, und adhäsiv mit der Außenumfangsfläche des Isolierharzbereichs 51 befestigt sind, hergestellt werden. Wie aus der zuvor erwähnten, Beschreibung ersichtlich ist, hat der Kommutator entsprechend der vorliegenden Erfindung die Vorteile, wie sie nachstehend aufgelistet sind:

• 1. Da die vier Seiten- oder fünf Seitenwandungen, die die Vertiefung umgeben, in der Mitte jedes Kommutatorsegmentes vorgesehen sind und mittels Innenklauen und eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprüngen hergestellt sind, um gegenüber der Vertiefung vorzustehen, kann deshalb das Kommutatorsegment sicher mit dem Isolierharz, das in die Vertiefung eingefüllt wurde, gegen dreiachsige Beanspruchungen, die durch die Zentrifugalkraft, Rotationskraft und Zugkraft entstehen, sicher in Eingriff gebracht werden. Somit kann die Festigkeit des Kommutatorsegments gegenüber einer Abtrennung vergrößert werden, wodurch sichergestellt wird, daß der Kommutator wirksam gegenüber einem Abtrennen und Wegbewegen während einer Drehbewegung geschützt wird.
• 2. Da die Innenklauen und die eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprünge eine hohe Festigkeit gegenüber einer Abtrennung haben, sogar mit einer geringen Höhe, z. B. von 0,5 mm oder einer ähnlichen Größenordnung, können die Innenklauen und die eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprünge in ihrer Höhe reduziert werden. Somit bestehen folgende Vorteile:
  • a) Die Dicke der aus einem leitenden Material hergestellten Platte zur Bildung der Kommutatorsegmente kann reduziert werden, so daß die Materialkosten gesenkt werden können.
  • b) Da die Festigkeit gegenüber einer Abtrennung des Segmentes erhöht werden kann, auch wenn die Innenklauen und die eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprünge eine niedrige Höhe haben, kann der Anteil des Isolierharzes, das eingefüllt wird zum Sicherstellen der Festigkeit, reduziert werden, wodurch ermöglicht wird, daß die Freiheitsgrade bei der Formgebung eines Miniaturkommutators wachsen.
  • c) Eine Reduzierung bezüglich der Höhe der Innenklauen und der eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprünge macht es möglich, die Probleme zu lösen, die die Arbeitsvorgänge nachsichziehen, wie z. B. eine Deformierung oder ein. Defekt der Innenklauen und der eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprünge bezüglich des Drucks, wenn das Harz eingegossen wird.
• 3. Da die Teilungsschnitte in der zylindrischen Röhre vorgesehen sind zur Ausbildung der Kommutatorsegmente durch Schneiden dieser in der axialen Mitte der tiefgeschnittenen Vertiefung in Axialrichtung, d. h., da die Teilungsschnitte in Bereichen geschnitten werden, wo die Wanddicke des leitenden Material extrem dünn ist, können die Teilungsschnitte niedrig sein. Da das Volumen des Einschnitts in dem Isolierhaft an den Teilungsschnittbereichen reduziert wird, kann dadurch die Festigkeit der Harzbereiche vergrößert werden. Darüber hinaus kann die Lebensdauer der Werkzeuge zum Teilungsschneiden verlängert werden.
• 4. Im einzelnen können die Kommutatorsegmente durch Ausbilden von eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprüngen, die einander in der Nähe der Verbindungsklauen sich gegenüberliegen, vor einer Verschiebung bezüglich eines hohen Wärmeniveaus, das bei der Verdrahtung entsteht, geschützt werden.
• 5. Da das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung es gestattet, die Innenklauen und die eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprünge, die zu formen sind, durch zylindrische Biege-Folgewerkzeuge aus einem Plattenmaterial herzustellen, kann die Produktivität erhöht werden.

Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig nur auf dem Beispielswege beschrieben wurde unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, wird hierdurch angemerkt, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen für den Fachmann augenscheinlich werden können, ohne den Geist und Schutzumfang der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind, zu verlassen.

Claims (8)

1. Kommutator für einen Motor, mit mehreren Kommutatorsegmenten (10; 50), die an ihrer Innenumfangsfläche, (16; 56) mit einem Isoliermaterial vergossen sind, wobei jedes der Kommutatorsegmente (10; 50) eine Vertiefung (21; 59) und mehrere Klauenelemente (20A, 20B, 22A, 22B; 58A, 58B, 62B, 62C) aufweist, wobei ein erstes Paar von Klauenelementen (20A, 20B; 58A, 58B) an den in Axialrichtung verlaufenden Seiten der Vertiefung (51; 59) einander gegenüberliegend angeordnet ist und jedes Klauenelement (20A; 20B; 58A; 58B) schräg über die Vertiefung (21; 59) hervorsteht, und wobei an einer in Radialrichtung verlaufenden Seite der Vertiefung (21; 59) ein Klauenelement (22A, 22B; 62B; 62C) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Paar von Klauenelementen (22A, 22B; 62B, 62C), das an zumindest einer in Radialrichtung verlaufenden Seite der Vertiefung (21; 59) einander gegenüberliegend angeordnet ist.

2. Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (21) in rechteckiger Form ausgebildet ist.

3. Kommutator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß V-förmige Nuten (19A, 19B), die jeweils entlang der Axialrichtung außerhalb des ersten Paares von Klauenelementen (20A, 20B) ausgebildet sind; ein drittes Paar von Klauenelementen (18A, 18B), von denen jedes nach außen, der Vertiefung (21) abgewandt und abgeschrägt entlang der Axialrichtung außerhalb der V-förmigen Nut (19A, 19B) ausgebildet ist; und Nuten (17A, 17B) mit einem Nutboden, der tiefer als der Boden der Vertiefung (21) ausgebildet ist und von denen jede entlang der Axialrichtung außerhalb des dritten Paares von, Klauenelemente (18A, 18B) ausgebildet ist, wobei die Nuten (17A, 17B) daran vorgesehene Teilungsschnitte aufweisen, wodurch der Kommutator in eine Mehrzahl von Kommutatorsegmenten (10) geteilt wird.

4. Verfahren zur Herstellung eines Kommutators für einen Motor nach den Ansprüchen 1-3, wobei eine Mehrzahl von Kommutatorsegmenten an einer Außenumfangsfläche eines zylindrischen Isolierharzes befestigt sind, mit folgenden Stufen:
Ausbilden einer Mehrzahl von ausgerichteten Vertiefungen (21; 59)an einer Fläche eines dünnwandigen, streifenförmigen ebenen Blechs (30, 66), das aus einem leitenden Material hergestellt ist;
Ausbilden von Klauenelementen (20A, 20B, 22A, 22B; 58A, 58B, 62B, 62C), die an allen Seiten der Vertiefung (21; 59) überstehen durch Abschrägen der Umfangswände der Vertiefung (21; 59) nach innen;
Schneiden des Blechs (30; 66) in eine vorgegebene Länge;
Ausbilden eines zylindrischen Rohres (35; 68) durch zylindrisches Biegen des geschnittenen Bleches (30; 66);
Einfüllen eines Isolierharzes an die Innenseite des zylindrischen Rohres (35; 68), um dieses darauf zu befestigen; und
Herstellen von Teilungsschnitten durch das zylindrische Rohr (35), um dieses in eine Mehrzahl von Kommutatorsegmenten zu trennen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen von der Bildung der Vertiefung bis zur Bildung der zylindrischen Röhre mittels Pressen ausgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet durch folgende Stufen:
Ausbilden von rechteckigen Nuten (17) und Vertiefungen (21), die breiter als die Nuten (17) sind, abwechselnd auf einer Seite des dünnwandigen streifenförmigen ebenen Blechs (30);
Ausbilden eines Vorsprungbereiches (32A, 32B) zwischen der Nut (17) und der Vertiefung (21) durch Einschneiden in einen Stegbereich (31), der zwischen der Vertiefung (21) und der Nut (17) angeordnet ist zur Bildung eines V-förmigen Bereiches (19);
Ausbilden von ersten und zweiten Klauenelementen (18A, 18B; 20A, 20B) durch Erweitern des eingeschnittenen V-förmigen Bereiches (19) und Abschrägen des vorspringenden Bereiches (32A, 32B) zur Nut (17) hin und zur Vertiefung (21) hin, sowie Ausbilden von eingeschnittenen und hochgebogenen Vorsprüngen (22A, 22B) als dritte Klauenelemente durch Abschrägen beider axialer Enden der Vertiefung (21) in Richtung der Vertiefung.

7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 gekennzeichnet durch folgende Stufen:
Ausbilden in abwechselnder Weise von rechteckigen Nuten (57) und Vertiefungen (59) an einer Seite des dünnwandigen, streifenförmigen ebenen Bleches (66);
Ausbilden von konvexen Bereichen (60, 61) an der Mitte und einer Endkante der Vertiefung (59) durch einen einmaligen Preßarbeitsgang, um somit eingeschnittene und hochgebogene Vorsprünge (62A, 62B, 62C) zu formen, die durch Schneiden der konvexen Bereiche (60, 61) schräg zu der Aussparung (59) stehen,
Ausbilden der Klauenelemente (58A, 58B) durch Erweitern der Nuten (57), so daß die Klauenelemente schräg nach innen stehen" und
Ausbilden von Verbindungsklauen (69) durch Stanzen der Oberseite des dünnwandigen, streifenförmigen ebenen Bleches (66).

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nach innen zu der Aussparung (21) schräg stehenden, dritten Klauenelemente (22A, 22B) durch Ausbilden von Nuten (23A, 23B) in Axialrichtung auf beiden Seiten der Aussparung (21) geformt werden.