DE4214372C2 - Kommutator für elektrische Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kommutator für elektri­ sche Maschinen gemäß Anspruch 1 (DE-U-19 39 200).

Durch die DE 9 39 200 U1 ist ein Kommutator für elektrische Maschinen mit aus einem Kupferband geprägten Lamellen be­ kannt, aus deren Unterseite Verankerungskrallen paarweise ausgeschält und in eine Isolierstoffnabe eingebettet sind; von den Verankerungskrallen weist mindestens ein Paar ein U- förmiges Profil auf. Die Verankerungskrallen gehen in der axialen Mitte einer Lamelle einstückig in deren Unterseite über, während die dazu axial beidseitig ausgeschälten freien Enden der Verankerungskrallen in spitzem Winkel zu der Unter­ seite der Lamellen nach radial innen derart gerichtet sind, daß der Isolierstoff der Isolierstoffnabe keilförmig in den Zwischenraum zwischen der Unterseite der Lamelle und der Oberseite der freien Enden der Verankerungskrallen eindringen kann.

Durch die FR-OS-24 58 156, insbesondere Fig. 2 bzw. die DE 32 30 257 C3, insbesondere Fig. 5a, 5b bzw. die DE-OS 14 55 122, insbesondere Fig. 4, ist ein Kommutator mit aus den Lamellen herausgeschälten Verankerungskrallen be­ kannt, die im spitzen Winkel zu ihrer Lamelle gerichtet sind und in dieser in einem ihrer herausgeschälten Länge entspre­ chenden stirnseitigen Abstand münden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch bei im Stanzbiegever­ fahren an die Lamellen angeformten Veranke­ rungskrallen unter Berücksichtigung einer Schwindung der Masse der Isolierstoffnabe bzw. einer Wärmedehnung der La­ melle relativ zur Masse der Isolierstoffnabe einen sicheren Halt der Lamellen in der Isolierstoffnabe auch bei langen Betriebsstandzeiten gewährleisten zu können.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die Lehre des An­ spruchs 1; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.

Durch die erfindungsgemäße Ausrichtung der für die Veranke­ rung der Lamellen in der Isolierstoffnabe verantwortlichen, unter Zwischenschaltung von Verbindungsschenkeln an die Stirnseiten der Lamellen angeformten Andruckschenkel ist gewährleistet, daß auch im einfachen Stanzbiegeverfahren her­ stellbaren Lamellen bei einer wärmebedingten schnelleren und größeren Dehnung des Lamellenkupfers im Vergleich zum Mate­ rial der Isolierstoffnabe bzw. bei einer starken Schwindung des Kunststoffes der Isolierstoffnabe die dadurch entstehen­ den Drücke sich nur derart auswirken können, daß die Andruck- Schenkel und über deren Ankopplung an die Lamelle mittels der Verbindungsschenkel die Lamellen selbst um so fester in der Isolierstoffnabe verankert werden.

Nach einem ersten Ausführungsbeispiel ist eine derartige Aus­ stanzung aus einem zunächst flachen Kupferband und eine an­ schließende derartige Abbiegung der Verankerungskrallen von den Stirnseiten der Lamellenfläche vorgesehen, daß die Ver­ ankerungskrallen zunächst von den Stirnseiten der Lamellen einen nach radial innen gerichteten Verbindungsschenkel und einen anschließenden, gegen die Unterseite der Lamelle in einem spitzen Steigungswinkel zum Verbindungsschenkel zurück­ gerichteten Andruckschenkel aufweisen, auf dessen der Unter­ seite der Lamelle zugerichteten Schenkelfläche bei einer Wär­ medehnung des Lamellen- bzw. Schenkelmaterials bzw. bei einer Schwindung des Kunststoffmaterials der Isolierstoffnabe eine wesentliche, in Richtung auf die Achse der Isolierstoffnabe gerichtete radiale Kraft wirksam wird.

Um bei insbesondere axial langen Kommutatoren übermäßige Schwindungs- bzw. Wärmedehnungsbeanspruchungen meistern zu können, ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein Kommutator mit jeweils zumindest einem, von der dem Kom­ mutatorhaken abgewandten Stirnseite der Lamelle zunächst im wesentlichen axial zurückgerichteten Verbindungsschenkel und einem anschließenden, im spitzen Winkel zu dem Verbindungs­ schenkel gerichteten Andruckschenkel vorgesehen; dadurch wird einerseits erreicht, daß auch bei im Stanzbiegeverfah­ ren an eine Lamelle angeformten Verankerungskrallen der An­ druckschenkel in Richtung auf die axiale Mitte der Lamelle und damit in geringem axialen Abstand zur gegenüberliegenden Lamelle positionierbar ist und andererseits von dem axial außen gegen die Andruckschenkel gerichteten Kunststoff der Isolierstoffnabe bei dessen Schwindung eine merkliche Kraft­ komponente im Sinne einer zusätzlichen Verankerung der La­ melle in der Isolierstoffnabe erzielbar ist.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im folgenden anhand schematisch dargestell­ ter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 in einem axialen Schnitt durch einen Kommutator eine erste erfindungsgemäße Ausführung der an eine Lamelle angeformten Verankerungskrallen,

Fig. 2 in einem axialen Schnitt durch einen Kommutator eine zweite erfindungsgemäße Ausführung der an eine Lamelle angeformten Verankerungskrallen,

Fig. 3 in einem axialen Schnitt durch einen Kommutator eine dritte erfindungsgemäße Ausführung der an eine Lamelle angeformten Verankerungskrallen,

Fig. 4 eine Detailalternative zu Fig. 3,

Fig. 5 in einem axialen Schnitt durch einen Kommutator eine Lamelle mit im Biegestanzverfahren derart angeformten Verankerungslamellen, daß durch Schwindung bzw. Wärme­ dehnung die Gefahr eines unerwünschten Lossitzes der Lamelle relativ zur Isolierstoffnabe besteht,

Fig. 6-8 drei Alternativausführungen erfindungsgemäßer Veran­ kerungskrallen jeweils in axialer Draufsicht auf die dem Kommutatorhaken abgewandte Stirnseite.

Bei nach dem Stanzbiegeverfahren hergestellten Lamellen mit angeformten Verankerungskrallen werden zunächst aus einem flachen Kupferband die Lamellen geprägt und an diese stirn­ seitig die in gleicher Ebene verlaufenden Kommutatorhaken 21 sowie Verankerungskrallen 3-6 angestanzt; dadurch ergibt sich zwangsläufig, daß die Verankerungskrallen nicht mittig in die Unterseite der Lamellen 2 einfließen sondern von de­ ren Stirnseiten ausgehen. Nach dem Freistanzen des Kommuta­ torhakens 21 bzw. der Verankerungskrallen 3-6 werden diese in ihre endgültige, zur Einbettung in die sie haltende Iso­ lierstoffnabe 1 vorgesehene Formgebung und Ausrichtung ab­ gebogen. Nach der Einbettung in die Isolierstoffnabe 1 werden dann schließlich noch die Verbindungsstege zwischen den Lamellen ausgeschert, so daß die Lamellen 2 gegenein­ ander isoliert über den Umfang der Isolierstoffnabe 1 ver­ teilt gehaltert sind.

Fig. 5 zeigt eine erste Ausführung einer im Stanzbiegever­ fahren hergestellten und mit Verankerungskrallen 32; 42 aus­ gestatteten Lamelle 2, bei der in naheliegender Weise die Verankerungskrallen 3; 4 lediglich aus ihrer in der Ebene der Lamelle 2 liegenden Stanzebene nach radial innen mit spitzem Winkel zur Unterseite der Lamelle 2 abgebogen sind. Bei einer Schwindung der Kunststoffmasse der Isolierstoffnabe 1 bzw. bei einer Wärmeausdehnung der Lamelle 2 relativ zur Kunststoffmasse der Isolierstoffnabe 1 kann sich an den freien Enden bzw. den inneren Schenkeln der Verankerungs­ krallen 3; 4 ein angedeuteter Spalt bilden, derart daß in diesen Bereichen die Verankerung der Lamelle 2 in der Isolierstoffnabe 1 verlorengeht. Durch den auf die axial äußeren Schenkel der Verankerungskrallen 3; 4 dabei ausge­ übten Druck besteht zudem die Gefahr, daß sich auch die Verbindung zwischen der Isolierstoffnabe 1 einerseits und der Unterseite der Lamelle 2 löst, da auf die Lamelle 2 ein von der Achse 11 der Isolierstoffnabe 1 weggerichteter Druck ausgeübt wird. Die gleichen Kraftbeanspruchungen wie zuvor in Bezug auf die Verankerungskrallen 3 und 4 beschrieben ergeben sich auch bei den tangential dahinterliegenden Ver­ ankerungskrallen 5 und 6, die zumindest um den tangentialen Abstand der tangentialen Breite des Kommutatorhakens 21 zu den Verankerungskrallen 3; 4 tangential beabstandet sind.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführung eines mit erfindungsge­ mäßer Verankerung versehenen Kommutators, bei dem die von den axialen Stirnseiten der Lamelle 2 ausgehenden, in der Darstellung sichtbaren Verankerungen 3 und 4 aus ersten, radial in Richtung der Achse 11 der Isolierstoffnabe 1 ge­ richteten Verbindungsschenkeln 31; 41 und daran anschließen­ den, gegen die Lamelle 2 in einem spitzen Steigungswinkel zum Verbindungsschenkel 31; 41 zurückgerichteten Andruck­ schenkel 32; 42 gebildet sind. Aus einem Vergleich der Schwin­ dungs- bzw. Wärmedehnungsspalte einerseits und der auf die Verankerungskrallen 3; 4 einwirkenden Schwindungs- bzw. Wär­ medehnungskräfte zwischen Fig. 5 und Fig. 1 ist ersichtlich, daß bei der erfindungsgemäßen Konstruktion gemäß Fig. 1 die Verankerung zwischen der Lamelle 2 und der Isolierstoffnabe 1 in vorteilhafter Weise verstärkt wird.

Bei der Ausführung der Verankerungskrallen gemäß Fig. 1 sind die Verbindungs- und Verankerungsschenkel auf beiden Seiten axial starr ausgeführt; um bei starken Schwindungs- bzw. Wärmedehnungsänderungen einen gewissen Längenausgleich zwi­ schen der Lamelle 2 einerseits und der Kunststoffmasse der Isolierstoffnabe 1 andererseits erreichen zu können, ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Fig. 2 eine elastische Nachgiebigkeit des dem Kommutatorhaken 21 abge­ wandten Verbindungsschenkels 31 durch eine in axialer bzw. tangentialer Richtung entsprechend dünner geprägte Wand­ stärke vorgesehen. An der dem Kommutatorhaken 21 zugewandten Stirnfläche der Lamelle 2 ist der entsprechende Verbindungs­ schenkel 41 starr ausgeführt, um in diesem Bereich den höheren Belastungen durch den Wickeldrahtzug des vom Kommu­ tatorhaken 21 aufzunehmenden Wickeldrahtes entsprechen zu können.

Bei der in Fig. 2 für den rechten Verbindungsschenkel 31 vor­ gesehenen elastischen Nachgiebigkeit kann die Verankerung in der Isolierstoffnabe 1 bei größerem Schwindungs- bzw. Wärme­ dehnungen dadurch instabil werden, daß der Verbindungsschen­ kel 31 in den Schwindungsspalt ausweicht, wodurch die Vor­ spannung der Lamelle 2 in radialer Richtung gemindert wird; um dies zu verhindern, ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung an den eigentlichen Andruckschenkel 32 ein in einem ablaufenden stumpfen Winkel anschließender, von der Lamelle 2 weggerichteter weiterer Andruckschenkel 33 derart vorgesehen, daß sich die Verankerung an die radial untere Schenkelfläche des weiteren Andruckschenkels 33 abstützt und somit eine Vorspannung der Lamelle 1 erzeugt.

Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung gemäß Fig. 3 ist die rechte Verbindungskralle 3 mit einem im wesentlichen axial zunächst zurückgerichteten Verbindungsschenkel 34 und einem anschließenden, im spitzem Winkel zu dem Verbindungs­ schenkel 34 gerichteten Andruckschenkel 32 ausgeführt, der­ art daß der Abstand und somit die Schwindungs- bzw. Wärme­ dehnung zwischen den paarweise axial hintereinander lie­ genden Verankerungen der Verankerungskralle 3 einerseits und der Verankerungskralle 4 andererseits geringer wird. Außer­ dem wird durch diese Maßnahme erreicht, daß der radial Ver­ ankerungsdruck auf die Lamelle 2 durch den größeren Isolier­ stoffnaben-Keil zwischen der oberen Schenkelfläche des An­ druckschenkels 32 und der unteren Schenkelfläche des Ver­ bindungsschenkels 34 in vorteilhafter Weise verstärkt ist. Die linke kommutatorhakenseitige Verkrallungskralle 4 ist in Fig. 3 ohne Rückbiegung zur Mitte der Lamelle 2 ausgeführt jedoch im Gegensatz zum Verkrallhaken 4 in Fig. 5 derart ge­ richtet, daß auch an dieser Stirnseite ein den Verkrallungs­ druck der Lamelle 2 verstärkender isolierstoffnaben-Keil entsteht. Alternativ zur Ausführung nach Fig. 3 können gemäß Fig. 4 selbstverständlich auch für die kommutatorhakensei­ tigen Verankerungskralle 4 zunächst eine Rückbiegung zur Mitte der Lamelle 2 in Form eines Verbindungsschenkels 44 und anschließend ein dazu in spitzem Winkel auf die Achse 11 der Isolierstoffnabe 1 gerichteter Andruckschenkel 42 vorgesehen werden.

Fig. 6-8 zeigen jeweils eine stirnseitige Draufsicht auf zwei tangential beidseitig des Kommutatorhakens 21 freigestanzten und abgebogenen Verankerungskrallen 3; 5. Gemäß Fig. 7 ist in vorteilhafter Weise unterhalb der Schleiffläche der Lamelle 2 eine zusätzliche Querverankerung in Form eines die Veran­ kerungskrallen 3; 5 tangential derart verbindenden Veranke­ rungsquersteges 7 vorgesehen, daß die Kunststoffmasse in den Raum zwischen der Unterseite der Lamelle 2 und den Veranke­ rungskrallen 3; 5 bzw. dem Verankerungsquersteg 7 eindringen und somit zu einer noch-bessere Verankerung beitragen kann; in gleichem vorteilhaften Sinne wirken auch die Hinter­ schneidungen in den Verankerungskrallen 3; 5 gemäß den Dar­ stellungen in Fig. 7, 8. Zur besseren Verankerung mit der Kunststoffmasse dienen weiterhin in Längsrichtung der Lamelle 2 an deren Unterseite verlaufende Rillen 22.

Allgemein ist darauf hinzuweisen, daß im Rahmen vorliegender Erfindung die einzelnen konstruktiven Ausführungen der Ver­ ankerungskrallen gemäß den zeichnerischen Darstellungen in weitgehend beliebiger Zusammenstellung für die paarweisen Verankerungskrallen 3 und 4 auf der einen tangentialen Seite der Lamelle bzw. die entsprechenden Verankerungskrallen 5 und 6 auf der anderen tangentialen Seite der Lamelle 2 kom­ biniert werden.

Claims (9)

1. Kommutator für elektrische Maschinen mit, insbesondere aus einem Kupferband, geprägten Lamellen (2) mit von deren Un­ terseite abstehenden, paarweise axial beabstandeten, im Stanzbiegeverfahren hergestellten und in einer Isolierstoff­ nabe (1) eingebetteten Verankerungskrallen (3-6) mit jeweils einem von der Stirnseite der Lamellen (2) ausgehenden, nach radial innen gerichteten, Verbindungsschenkel (31-61) und zumindest einem anschließenden, gegen die Lamelle (2) derart in einem spitzen Steigungswinkel (α) zu seinem Verbindungs- schenkel (31-61) zurückgerichteten Andruckschenkel (32-62), daß auf diesen und die Lamelle (2) durch die Wärmedehnung der Lamelle (2) bzw. die Schwindung der Isolierstoffnabe (1) eine auf deren Achse (11) gerichtete Kraft ausgeübt wird.

2. Kommutator nach Anspruch 1 mit Verankerungskrallen (3-6) mit einem an den Andruckschenkel (32-62) in einem ablau­ fenden stumpfen Winkel anschließenden, von der Lamelle weg­ gerichteten weiteren Andruckschenkel (33; 54).

3. Kommutator nach Anspruch 1 und/oder 2 mit jeweils axial in die Isolierstoffnabe (1) eingebetteten Stirnseiten der kom­ mutatorhakenseitigen Verbindungsschenkel (31-61) bzw. mit jeweils axial von einer Einbettung in die Isolierstoffnabe (1) freien Stirnseiten der dem Kommutatorhaken abgewandten Verbindungsschenkel (31; 51).

4. Kommutator nach einem der Ansprüche 1-3 mit zumindest einer Verankerungskralle (3; 5) je Lamelle (2) mit eine im Sinne einer unter dem Schwindungsdruck der Isolierstoffnabe (1) elastischen Nachgiebigkeit ausgebildeten Verbindungs- schenkel (31; 51).

5. Kommutator nach Anspruch 4 mit jeweils im Sinne einer elastischen Nachgiebigkeit ausgebildeten Verbindungsschenkeln (3; 5) im Bereich des dem Kommutatorhaken (21) abgewandten axialen Endes einer Lamelle (2) und unnachgiebig ausgebildeten Verbindungsschenkeln (4; 6) im Bereich des den Kommutatorhaken (21) zugewandten Endes der Lamelle (2).

6. Kommutator nach Anspruch 1 mit jeweils von der dem Kommu­ tatorhaken (21) abgewandten Stirnseite der Lamelle (2) im wesentlichen axial zurückgerichteten Verbindungsschenkeln (34; 44) und anschließenden in spitzem Winkel zu den Verbin­ dungsschenkeln (34; 44) gerichteten Andruckschenkeln (32; 42)

7. Kommutator nach einem der Ansprüche 1-6 mit je Lamelle (2) paarweisen, axial beabstandeten Verankerungskrallen (3; 4 bzw. 5; 6) mit jeweils aufeinander zu bzw. voneinander weg zur Lamelle (2) schräg gerichteten Andruckschenkeln (32; 42 bzw. 52; 62 bzw. 33; 43).

8. Kommutator nach einem der Ansprüche 1-7, mit jeweils je Lamelle zwei, in tangentialem Abstand paarweise angeordneten Verankerungskrallen (3; 5 bzw. 4; 6).

9. Kommutator nach Anspruch 8 mit einer mittig zwischen den paarweisen verankerungskrallen (3; 5 bzw. 4; 6) axial verlaufenden Rille (22) an der Unterseite der Lamelle (1).