Stand der Technik
[0001] Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Herstellen eines Kommutatorsegmentringes
nach der Gattung des Hauptanspruchs aus. Es ist schon ein Verfahren bekannt, bei dem
ein Kommutatorsegmentring durch Fließpressen hergestellt wird. Bei dem mit diesem
Verfahren hergestellten Kommutatorsegmentring ist das Profil der die Kommutatorsegmente
bildenden Innenrippen zumindest in einem Endabschnitt nicht voll ausgebildet. Das
rührt beispielsweise von behindertem Werkstofffluß durch Reibung zu Beginn des Umformvorgangs
her und durch mangelnden Kraftaufbau zum Überwinden der Reibungseinflüsse.. Bei den
bekannten Kommutatorsegmentringen ist daher von Nachteil, daß das am inneren Ende
jedes Kommutatorsegmentes auszubildende Verankerungsmittel sich nicht über die ganze
Länge des Kommutatorsegments mit gleichem Querschnitt anformen läßt. In den Endabschnitten
der einzelnen Segmente steht dafür nicht genügend Material zur Verfügung. Die Segmente
können mit derartig profilierten Verankerungsmitteln nicht auf ihrer ganzen Länge
schleuderfest im Isolierkörper des Kommutators befestigt werden. Das führt zum Ausreißen
der Segmente aus dem Isolierkörper besonders bei Kommutatoren in schnellaufenden elektrischen
Maschinen.
Vorteile der Erfindung
[0002] Das erfinderische Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs
hat demgegenüber den Vorteil, daß die Innenrippen des mit dem Verfahren hergestellten
Kommutatorsegmentringes auf der ganzen Länge den vollen Querschnitt aufweisen. Somit
lassen sich die beispielsweise in Umfangsrichtung in die Segmentteilnuten ragenden
Verankerungsmittel auf der ganzen Länge der Kommutatorsegmente vollständig ausbilden,
die Kommutatorsegmente auf ihrer ganzen Länge im Isolierkörper des Kommutators verankern
und derartige Kommutatoren als ausreichend schleuderfest in schnellaufenden elektrischen
Maschinen verwenden. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß das erfinderische Verfahren
mit einem Umformwerkzeug durchgeführt werden, daß durch eine geteilte Formstempelausführung
in einem unterbrochenen Arbeitshub mit verhältnismäßig geringem Kraftaufwand der Kommutatorsegmentring
aus einem ringförmigen Rohling umgeformt werden kann.
[0003] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen
des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß
bereits im ersten Abschnitt des Arbeitshubes außer dem Flansch ein Ansatz des Schaftes
mit vollständig ausgebildetem Profil der Innenrippen an den Rohling angeformt wird
und gegen den die Innenrippen anformenden Teil des Umformstempels ein Gegenstempel
wirkt, der das vollständige Ausbilden des Profils auf der ganzen Länge der Innenrippen
unterstützt sowie als Auswerfer des Kommutatorsegmentringes aus dem Umformwerkzeug
wirkt. Darüber hinaus ist von Vorteil, daß mit dem erfinderischen Verfahren durch
Vorwärts- oder Rückwärtsfließpressen der Rohling in den Kommutatorsegmentring umgeformt
werden kann.
Zeichnung
[0004] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Figur
1 einen Rohling für einen Kommutatorsegmentring und Figur 2 den Kommutatorsegmentring,
jeweils im Längsschnitt, Figur 3 den Kommutatorsegmentring im Querschnitt entlang
der Linie III-III in Figur 2, Figur 4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Umformwerkzeuges
zum Vorwärtsfließpressen am Ende des ersten Abschnittes des Arbeitshubes, Figur 5
das Umformwerkzeug am Ende des Arbeitshubes, Figur 6 ein zweites Ausführungsbeispiel
eines Umformwerkzeuges zum Rückwärtsfließpressen am Ende des ersten Abschnittes des
Arbeitshubes und Figur 7 das Umformwerkzeug am Ende des Arbeitshubes; die Umformwerkzeuge
sind in den Figuren 4 bis 7 im Längsschnitt dargestellt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0005] Ein Rohling 1 für einen Kommutatorsegmentring 2 eines Kommutators-ist aus einem für
Kommutatoren geeigneten Werkstoff, beispielsweise Kupfer hergestellt. Der Rohling
1 hat die Form eines Ringes mit rundem oder rechteckigem Querschnitt. Der Rohling
1 kann ein Abschnitt von einem Hohlzylinder sein. Desgleichen kann der Rohling 1 aus
einem Strangabschnitt gebildet sein, der zu einem Ring gebogen ist.
[0006] Um den Rohling 1 in den Kommutatorsegmentring 2 kaltumzuformen, wird in einem erfinderischen
Verfahren aus dem ringförmigen Rohling 1 ein Schaft 3 mit einem Flansch 4 an einem
Ende gebildet. Dabei werden mittels eines Formstempels an der Innenseite des Rohlings
eine Vielzahl axialer Innenrippen ausgebildet, welche im gleichen Winkelabstand zueinander
angeordnet sind. Die Innenrippen bilden die Ausgangsform für Kommutatorsegmente 5,
welche durch Segmentteilnuten 6 voneinander getrennt und nur am Umfang durch schmale
Stege 7 verbunden sind.
[0007] Das Kaltumformen des Rohlings 1 in den Kommutatorsegmentring 2 erfolgt in einem mehrteiligen
Umformwerkzeug in einem Arbeitsgang mit zwei Abschnitten des Arbeitshubes. Zwischen
den beiden Abschnitten des Arbeitshubes ist eine kurze Pause einstellbarer Dauer vorgesehen.
[0008] Ein erstes Ausführungsbeispiel des Umformwerkzeugs zum Vorwärtsfließpressen ist in
den Figuren 4 und 5 dargestellt, und zwar in Figur 4 am Ende des ersten Abschnittes
und in Figur 5 am Ende des zweiten Abschnittes des Arbeitshubes.
[0009] Eine untere Stempelplatte 8 ist mit einer Bohrung 9 versehen, in die eine hohlzylinderförmige
Matrize 10 eingesetzt ist. Die Stirnseite 11 der Matrize 10 ist gleich der Form des
Flansches 4 des-umzuformenden Kommutatorsegmentringes 2. In die Bohrung 12 der Matrize
10 ragt ein unterer Stempel, der als Gegenstempel 13 und Auswerfer dient. Der Gegenstempel
13 hat einen kurzen zylindrischen Endabschnitt 14 mit etwas kleinerem Durchmesser.
Am anderen Ende des Gegenstempels 13 liegt in an sich bekannter und nicht näher dargestellter
Weise ein Steuerstempel eines ebenfalls nicht dargestellten,
[0010] an sich bekannten einstellbaren elastischen Steuermittels an, das beispielsweise
eine hydraulische Gegenhaltung oder eine Gasfeder ist.
[0011] In einer mittleren Stempelplatte 15, welche gegenüber der unteren Stempelplatte 8
bewegbar ist, ist ein Ringstempel 16 befestigt. Sein Außendurchmesser entspricht dem
Durchmesser der Bohrung 9 der unteren Stempelplatte 8. Der Ringstempel 16 hat eine
mit Längszähnen 17 versehene Innenbohrung. Die Zähne 17 haben das Profil der Kommutatorsegmente
5. In der mit den Zähnen 17 versehenen Innenbohrung des Ringstempels 16 ist ein oberer
Stempel als Formstempel 18 längsbewegbar geführt. Er stützt sich an einer Federanordnung
19 einer Werkzeugsteuerung ab, die mit einer oberen Stempelplatte 20 in Wirkverbindung
steht. Die mittlere und die obere Stempelplatte 15 bzw. 20 sind miteinander und relativ
zueinander bewegbar. Der Formstempel 18 ist am Umfang seines formenden Abschnittes
mit in gleichem Winkelabstand voneinander angeformten Zähnen 21 versehen, deren Profil
den Segmentteilnuten 6 des Kommutatorsegmentringes 2 entspricht und die sich zwischen
die Zähne 17 des Ringstempels 16 erstrecken.
[0012] In der Ausgangsstellung des in den Figuren 4 und 5 dargestellten Umformwerkzeugs
sind zum Einlegen des Rohlings
1 die mittlere und die obere Stempelplatte 15 bzw: 20 sowie die den geteilten Umformstempel
bildenden Ringstempel 16 und Formstempel 18 in ihrer obersten Stellung gehalten. Der
Formstempel 18 ist noch hinter die Stirnseite 22 des Ringstempels 16 zurückgezogen.
Der Gegenstempel 13 ist soweit in die Bohrung 12 der Matrize 10 vorgeschoben, daß
seine Stirnseite 23 um etwa die Dicke des anzuformenden Flansches gegenüber der Stirnseite
11 der Matrize 10 zurücksteckt.
[0013] Der Rohling 1 wird in die Bohrung 9 der unteren Stempelplatte 8 eingesetzt, so daß
er auf der die Werkstückauflage bildenden Stirnseite 11 der Matrize 10 liegt.
[0014] Während des ersten Abschnittes des Arbeitshubes werden zunächst die mittlere und
die obere Stempelplatte 15 und 20 mit dem Ringstempel 16 und dem Formstempel 18 auf
den Rohling 1 zubewegt. Ring- und Formstempel 16 bzw. 18 bewegen sich beim Vorwärtsfließpressen
in derselben Richtung. Liegt der nunmehr in der Bohrung 9 der unteren Stempelplatte
8 geführte Ringstempel 16 auf dem Rohling 1 auf, wird er angehalten und nur der Formstempel
18 wird weiter in den Rohling 1 bewegt, bis er an der Stirnseite 23 des Gegenstempels
13 anliegt und die obere Stempelplatte 20 auf dem Ringstempel 16 oder der mittleren
Stempelplatte 15 sitzt. Form- und Gegenstempel 18 bzw. 13 werden in dieser Stellung
in an sich bekannter und nicht näher dargestellter Weise druckdicht aneinandergehalten.
Der Ringstempel 16 formt sodann den Rohling 1 um, wobei er sich gegenüber dem Formstempel
18 weiter in die Bohrung 9 bewegt. Das überschüssige Material des Rohlings 1 wird
in die Matrize 10 bis an den Gegenstempel 13 verdrängt und bildet einen Schaftansatz
24 für den Kommutatorsegmentring 2. In einem eingestellten Zeitabschnitt bildet sich
entlang des Formstempels 18 in der Vorstufe des Flansches 4 und dem Schaftansatz 24
das Profil der als spätere Kommutatorsegmente 5 dienenden Innenrippen vollständig
aus. Während dieses Zeitabschnittes findet keine Stempelbewegung statt, so daß der
erste Abschnitt des Arbeitshubes zuvor beendet wurde (Figur 4). Der durch den Endabschnitt
14 de.s Gegenstempels 13 und die Bohrung 12 der Matrize 10 gebildete enge Ringspalt
25 unterstützt durch die Aufnahme fließgepreßten Werkstoffs die vollständige Ausbildung
des Profils der Innenrippen besonders im Endabschnitt des anzuformenden Schaftes 3
des Kommutatorsegmentringes 2 am Ende des ersten Abschnitts des Arbeitshubes.
[0015] Im anschließenden zweiten Abschnitt des Arbeitshubes wird der Gegenstempel 13 in
seine die Länge des Schaftes 3 des Kommutatorsegmentringes 2 begrenzende untere feste
Endstellung in der Bohrung 12 zurückbewegt. Die mittlere und die obere Stempelplatte
15 bzw. 20 verden auf die untere Halteplatte 8 zu bewegt, bis die mittlere Stempelplatte
15 auf der unteren Stempelplatte 8 aufliegt. Der mitbewegte Ringstempel 16 hat dann
den Flansch 4 in seine Endform gebracht, während der Formstempel 18 noch unterstützt
durch die Kraft der Federanordnung 19 und mitgenommen von der Reibkraft beim Stofffluß
zwischen dem fließgepreßten Werkstoff und dem Zahnprofil sich bis an die erneute Anlage
an der Stirnseite 23 des Gegenstempels 13 in die Matrize 10 bewegt, so daß sich dabei
der Schaft 3 mit vollem Innenrippenprofil ausbildet (Figur 5). Alsdann ist das Ende
des Arbeitshubes erreicht.
[0016] Der Kommutatorsegmentring .2 wird anschließend bei geöffnetem Werkzeug durch den
Gegenstempel -13 als Auswerfer beim Rückkehren in dessen Ausgangsstellung in die Entnahmestellung
geschoben.
[0017] Der Kommutatorsegmentring 2 kann anschließend in an sich bekannter und nicht näher
dargestellter Weise von dem im Ringspalt 25 gebildeten Rand befreit sowie mit Verankerungsmitteln
und einer Isolierstoffnabe versehen werden, in der die Kommutatorsegmente 5 verankert
werden.
[0018] Desgleichen werden dann die Kommutatorsegmente 5 durch Entfernen der Stege 7 getrennt
und im Flansch 4 ausgebildete Anschlußfahnen mit Fahnenschlitzen versehen und somit
der Kommutator fertiggestellt.
[0019] Ein zweites Ausführungsbeispiel des Umformwerkzeugs zum Rückwärtsfließpressen ist
in den Figuren 6 und '7 vereinfacht dargestellt und zwar in Figur 6 wiederum am Ende
des ersten Abschnitts und in Figur 7 am Ende des zweiten Abschnitts des Arbeitshubes.
Soweit die Teile gleich denen des ersten Ausführungsbeispieles nach den Figuren 4
und 5 sind, haben sie dieselben Bezugszahlen.
[0020] Eine Führungsplatte 26 ist mit einer Längsbohrung 27 versehen, in der ein unterer
Stempel als Formstempel 18 längsbewegbar geführt. Das obere Ende des Formstempels
18 ist mit den Zähnen 21 im Profil der Segmentteilnuten 6 versehen. Auf die untere
Stirnseite des Formstempels 18 wirkt wiederum die hier nicht näher dargestellte Federanordnung
19 der Werkzeugsteuerung.
[0021] Auf der Führungsplatte 26 ist die untere Stempelplatte 8 befestigt, in deren Bohrung.9
die hohlzylinderförmige Matrize 10 eingesetzt ist. Die Bohrung 12 der Matrize 10 ist
mit in Längsrichtung laufenden Zähnen 28 versehen, die das Profil der Kommutatorsegmente
5 haben. Die Stirnseite 11 der Matrize 10 bildet wiederum die Werkstückauflage.
[0022] Der in der mittleren Stempelplatte 15 fest angeordnete Ringstempel 16, welcher mit
dem Formstempel 18 den geteilten Umformstempel bildet, bewegt sich beim Rückwärtsfließpressen
jedoch entgegengesetzt zum Formstempel 18. In der Mittelbohrung 29 des Ringstempels
1.6 ist der hier als Gegenstempel 13 dienende Oberstempel geführt. Der Gegenstempel
13 hat am unteren Ende den Endabschnitt 14 mit dem kleineren Durchmesser. Das obere
Ende des Gegenstempels 13 ist mit einem Bund 30 versehen, der in einem erweiterten
Endabschnitt 31 der Längsbohrung 29 geführt ist, welcher über eine Ringschulter 32
in die Längsbohrung 29 übergeht. An der Stirnseite 33 des Bundes 30 liegt ebenfalls
in an sich bekannter und nicht näher dargestellter Weise ein Steuerstempel eines einstellbaren
elastischen Steuermittels an.
[0023] In der Ausgangsstellung des Umformwerkzeugs ist die mittlere Stempelplatte 15 mit
dem Ringstempel 16 und dem im Ringstempel 16, 29, 31 geführten Gegenstempel 13, 30
von der unteren Stempelplatte 8 wegbewegt in der obersten Stellung gehalten. Der Gegenstempel
13 liegt dabei mit seinem Bund 30 an der Ringschulter 32 des Ringstempels 13 an. Die
Ringschulter 32 begrenzt die Bewegung des Gegenstempels 13 gegenüber dem Ringstempel
1.6 in Richtung auf die Matrize 10. Der axiale Abstand zwischen der Ringschulter 32
und der Stirnseite 22 des Ringstempels 16 sowie die Länge des Gegenstempels 13 zwischen
dem Bund 30 und der Stirnseite 23 am Endabschnitt 14 bestimmen die Länge das Schaftansatzes
24, der im ersten Abschnitt des Arbeitshubes angeformt wird. Der Formstempel 18 erstreckt
sich in der Ausgangsstellung in die Matrize 10, so daß die Stirnseite des Formstempels
18 nicht über die Stirnseite 11 der Matrize 10 hinausragt.
[0024] Der Rohling 1 wird in die Bohrung 9 der unteren Stempelplatte 8 eingesetzt, so daß
er auf der die Werkstückauflage bildenden Stirnseite 11 der Matrize 10 liegt.
[0025] Während des ersten Abschnittes des Arbeitshubes wird der Formstempel 18 aus der Matrize
10 und durch den Rohling 1 geschoben, während die mittlere Stempelplatte 15 mit dem
Ringstempel 16 auf die untere Stempelplatte 8 zu bewegt werden. Der Ringstempel 16
taucht dabei um eine eingestellte Länge in die Bohrung 9 und formt den Rohling 1 in
eine Vorstufe des Flansches.4 des Kommutatorsegmentringes 2 um. Der überschüssige
Werkstoff des Rohlings 1 fließt währenddessen in die Bohrung 29 des Ringstempels 16
bis an den Gegenstempel 13, der mit seiner Stirnseite 23 druckdicht an die Stirnseite
des Formstempels 18 gepreßt ist. Dabei bildet sich bei nunmehr stehenden Stempeln
13, 16, 18 am Ende des ersten Abschnitts des Arbeitshubes während eines eingestellten
Zeitabschnittes in der Flanschvorstufe und dem Schaftansatz 24 zwischen den Zähnen
21 des Formstempels 18 das vollständige Profil der Innenrippen und somit der Kommutatorsegmente
5 aus. Der Werkstofffluß wird noch dadurch unterstützt, daß ein ganz geringer Teil
des Werkstoffes des Rohlings 1 in den engen Ringspalt 25 am Umfang des Endabschnittes
14 des Gegenstempels 13 fließen kann (Figur 6).
[0026] Daran schließt sich der zweite Abschnitt des Arbeitshubes an. Der Ringstempel 16
wird weiter auf die Vorstufe des' Flansches 4 gedrückt, bis die mittlere.Stempelplatte
15 auf der unteren Stempelplatte 8 liegt. Währenddessen wird in entgegengesetzter
Richtung der Gegenstempel 13 in seine die Länge des Schaftes 3 begrenzende Stellung
in der Bohrung 29 zurückbewegt und dort gehalten. Der dem Gegenstempel 13 folgende
Formstempel 18 unter dem Einfluß der Kraft der nicht dargestellten Federanordnung
der Werkzeugsteuerung und mitgenommen von der Reibkraft beim Stofffluß zwischen dem
fließgepreßten Werkstoff und dem Zahnprofil wird bis zur druckdichten Anlage an der
Stirnseite 23 des Gegenstempels 13 bewegt, wobei sich der Schaft 3
'des Kommutatorsegmentringes 2 mit dem vollen Innenrippenprofil für die Kommutatorsegmente
5 ausbildet. Nunmehr ist das Ende des zweiten Abschnittes und somit des ganzen Arbeitshubes
erreicht (Figur 7).
[0027] Der Kommutatorsegmentring 2 wird anschließend wiederum bei geöffnetem Umformwerkzeug
durch den Gegenstempel 13 als Auswerfer beim Rückkehren in dessen Ausgangsstellung
aus der Bohrung 29 des Ringstempels 16 in die Entnahmestellung geschoben.
[0028] Der Kommutatorsegmentring 2 wird wie zuvor beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben
zum Kommutator komplettiert.
1. Verfahren zum Herstellen eines Kommutatorsegmentringes mit einer Vielzahl axialer
Innenrippen in einem Schaft und mit einem Flansch an einem Ende des Schaftes durch
Kaltumformen eines ringförmigen Rohlings, dadurch gekennzeichnet, daß der in einer
Aufnahme eines Umformverkzeugs eingelegte Rohling mittels eines geteilten Umformstempels,
dessen Teile relativ zueinander bewegbar sind, in einem ersten Abschnitt des Arbeitshubes
in eine Zwischenstufe mit Flansch und anschließendem Schaftabschnitt mit voll ausgebildeten
Innenrippenprofil umgeformt wird, und nach Ablauf eines einstellbaren Zeitabschnittes
in einem zweiten Abschnitt des Arbeitshubes ein Teil des Umformstempels den Flansch
des Kommutatorsegmentringes ausformt, während der andere Teil des Umformstempels dem
den Schaftabschnitt verlängernden Materialfluß folgend die Innenrippen im verlängerten
Schaft voll ausbildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Abschnitt des
Arbeitshubes der die axialen Innenrippen bildende Innenteil des Umformstempels in
den Rohling eingeführt wird, bis sein Ende in axialer Richtung des vorgesehenen Materialflusses
über die von der Stirnseite des zuformenden Kommutatorsegmentringes abgewandte Seite
des anzuformenden Flansches vorsteht und mit einstellbarer elastischer Druckkraft
druckdicht an einem Gegenstempel anliegt; und anschließend der Außenteil des Umformstempels
mit kreisringförmiger Arbeitsfläche durch axiale Bewegung gegen den Rohling bei feststehendem
Innenteil des Umformstempels den Rohling in die Zwischenstufe umformt, und nach Ablauf
des einge- stellten Zeitabschnitts im zweiten Abschnitt des Arbeitshubes der Gegenstempel zurückgezogen
wird und der Außenteil des Umformstempels einen kleinen Weg zum Anformen der Flanschdicke
zurücklegt, während der Innenteil des Umformstempels einen annähernd von der ganzen
Länge des Kommutatorsegmentringes gebildeten Weg zurücklegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1-oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausbilden des
vollen.Profils der Innenrippen auf der ganzen Länge des Kommutatorsegmentringes während
des ersten Abschnitts des Arbeitshubes durch Ausbilden eines kurzen Ringfortsatzes
an der Stirn- seite des Schaftabschnittes der Zwischenstufe unterstützt wird, der
über die Stirnseite des Innenteils des Formstempels vorsteht und sich um einen Endabschnitt
kleineren Durchmessers des an der Stirnseite des Innenteils des Formstempels druckdicht
anliegenden Gegenstempels erstreckt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitabschnitt
zwischen den beiden Abschnitten des Arbeitshubes des geteilten Umformstempels abhängig
von der jeweiligen, die Teile des Umformstempels betätigenden Maschine direkt zeitabhängig
oder weg- oder .kraftabhängig einstellbar ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet', daß beim Öffnen
des Umformwerkzeugs der Kommutatorsegmentring in eine einstellbare Entnahmehöhe durch
einen als Gegenstempel des Innenteils des Umformstempels ausgebildeten Auswerfer bewegt
wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausbilden
des Kommutatorsegmentringes durch Vorvärtsfließpressen erfolgt, wozu der die Innenrippen
ausbildende Innenteil des Umformstempels in dem den Flansch ausformenden Außenteil
geführt ist und sich während des Arbeitshubes beide Teile des Umfcrmstempels in derselben
Richtung bewegen, und ein Gegenstempel zum Innenteil des Umformstempels in der Aufnahme
des Umformwerkzeugs für den Rohling geführt ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausbilden
des Kommutatorsegmentringes durch Rückwärtsfließpressen erfolgt, wozu der die ,Innenrippen
ausbildende Innenteil des Umformstempels in der Aufnahme des Umformwerkzeugs für den
Rohling geführt ist und während des Arbeitshubes sich in entgegengesetzter Richtung
zu dem den Flansch ausformenden und einen Gegenstempel zum Innenteil des Umformstempels
führenden Außenteil des Umformstempels bewegt.