Kommutator für eine elektrische Rotationsmaschine

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Kommutator für eine elektrische Rotationsmaschine, mit einer Wellenaufnahme, einem die Wellenaufnahme umgebenden Isolierteil und mit mehreren Kommutatorlamellen, die an dem Isolierteil angebracht sind, der sich dadurch auszeichnet, dass die Kommutatorlamellen (7) von zumindest einem Armierungselement (8) umgriffen und so auf dem Isolierteil (4) gehalten sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Kommutator für eine elektrische Rotationsmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

[0002] Kommutatoren für elektrische Rotationsmaschinen sind bekannt. Derartige Rotationsmaschinen weisen einen ruhenden und einen rotierenden beziehungsweise drehenden Teil auf. Elektrische Rotationsmaschinen mit einem Kommutator werden auch als Stromwendermaschinen bezeichnet. Der Kommutator besitzt eine Wellenaufnahme, durch die die Welle des drehenden Teils, also des Ankers, hindurchtritt. Auf der Wellenaufnahme, die beispielsweise als Hülse ausgebildet sein kann, wird ein elektrisch isolierendes Isolierteil angeordnet, an dem mehrere Kommutatorlamellen angebracht sind, die mit den Wicklungen des rotierenden Teils verbunden sind. Im Betrieb der Rotationsmaschine treten je nach Drehzahl und Gewicht des Kommutators entsprechende Fliehkräfte auf. Damit sich die Kommutatorlamellen nicht vom Isolierteil lösen, werden diese beispielsweise mit Krallen am Isolierteil gehalten. Es ist auch bekannt, die Kommutatorlamellen mit sogenannten Schwalbenschwanzverbindungen am Isolierteil zu befestigen. Auch andere, eine Hinterschneidung aufweisende Formen sind bekannt, um die Kommutatorlamellen gegen die Wirkung der Fliehkräfte zu sichern. Sind die Fliehkräfte jedoch sehr groß oder ist mit einer hohen Erwärmung insbesondere des Isolierteils zu rechnen, ist es ebenfalls bekannt, in das Isolierteil Faserarmierungen oder Armierungsringe einzubetten. Die vorstehend genannten Verbindungen zwischen den Kommutatorlamellen und dem Isolierteil stoßen jedoch an ihre Grenzen, so dass höhere Drehzahlen kaum noch erreicht werden können.

Vorteile der Erfindung

[0003] Der erfindungsgemäße Kommutator mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, dass auch höhere Drehzahlen der rotierenden Teile und damit des Kommutators möglich sind. Insbesondere Hauptstrommotoren, beispielsweise Starter für Brennkraftmaschinen, können so auf höhere Drehzahl ausgelegt werden, so dass der elektrische Starter beziehungsweise der Hauptstrommotor insgesamt in seiner äußeren Abmessung weiter verkleinert werden kann. Außerdem ist der erfindungsgemäße Kommutator für höhere Temperaturen geeignet. Dadurch, dass die Kommutatorlamellen von einem Armierungselement umgriffen und so auf dem Isolierteil gehalten sind, lässt sich in vorteilhafter Weise die Schleuder- und Wärmefestigkeit des Kommutators erhöhen. Außerdem zeigen sich eindeutige, reproduzierbare Belastungsstrukturen. Außerdem werden einfache Bauelemente verwendet, so dass der erfindungsgemäße Kommutator auch kostengünstig herstellbar ist.

[0004] Da der Kommutator unter den sogenannten Bürsten der elektrischen Maschine dreht, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass jede Kommutatorlamelle ein auf dem Isolierteil liegendes Unterteil und ein Oberteil umfasst, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass das Armierungselement zwischen Ober- und Unterteil aufgenommen ist. Damit wird an der der Bürste zugewandten Oberfläche der Kommutatorlamelle eine glatte Fläche ausgebildet, so dass nicht mit erhöhtem Bürstenverschleiß zu rechnen ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass in jeder Kommutatorlamelle eine Nut eingebracht ist, in der das zumindest eine Armierungselement liegt. Es ist jedoch dann vorzugsweise vorgesehen, dass die Bürste in einem anderen Bereich der Kommutatorlamelle aufliegt, also durch das Armierungselement beziehungsweise die Nut in der Kommutatorlamelle nicht beschädigt wird.

[0005] Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Armierungselement eine um die Kommutatorlamellen, insbesondere das Unterteil der Kommutatorlamelle, gewickelte Faser ist, die vorzugsweise mehrere Windungen beziehungsweise Wicklungen aufweisen kann. Dadurch, dass das Armierungselement als Faser ausgebildet ist, kann dieses leicht um die Kommutatorlamellen gewickelt werden, so dass diese sicher am Isolierteil gehalten werden. Das Armierungselement nimmt also die bei der Rotation des Kommutators entstehenden Fliehkräfte auf und verhindert, dass die Kommutatorlamellen sich vom Isolierteil lösen.

[0006] Selbstverständlich können auch mehrere Armierungselemente vorgesehen sein. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass etwa im Bereich jedes freien Endes der Kommutatorlamelle ein Armierungselement liegt. Besonders längere Kommutatorlamellen lassen sich so sicher am Isolierteil befestigen.

[0007] Bevorzugt wird außerdem ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Isolierteil Taschen aufweist, in denen zumindest die Unterteile der Kommutatorlamellen liegen. Somit ergibt sich auch ein seitlicher Halt für die Kommutatorlamellen.

[0008] Umfasst jede Kommutatorlamelle ein Ober- und Unterteil, so sind diese vorzugsweise mit geeigneten materialverbindenden Verfahren aneinander befestigt. Je nach Material der Kommutatorlamellen können beispielsweise Löt- und/oder Schweißverbindungen verwendet werden.

[0009] Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass das Armierungselement mit Spannung die Kommutatorlamellen, insbesondere die Unterteile, umgreift. Somit wird ein sicherer Halt auf dem Isolierteil gewährleistet und Fliehkräften durch die Vorspannung des Armierungselements entgegengewirkt.

[0010] Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Isolierteil als Formkörper ausgebildet ist, der die Taschen aufweist. Um noch höhere Drehzahlen gewährleisten zu können, kann der Isolierteil beispielsweise auch verstärkt, insbesondere faserverstärkt, sein.

[0011] Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass das Ober- und/oder Unterteil der Kommutatorlamelle eine Ausnehmung zur Aufnahme des Armierungselements aufweist.

[0012] Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zeichnung

[0013] Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

einen Querschnitt eines Kommutators,

Figur 2

einen Längsschnitt des Kommutators nach Figur 1,

Figur 3

ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kommutatorlamelle,

Figuren 4 und 5

jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kommutatorlamelle

Figur 6

einen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Kommutators, und

Figur 7

einen Längsschnitt durch den Kommutator nach Figur 6.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0014] Figur 1 zeigt im Querschnitt einen Kommutator 1 einer hier nicht näher dargestellten elektrischen Rotationsmaschine, die einen feststehenden Teil (nicht dargestellt) und einen rotierenden Teil umfasst, von dem hier lediglich der Kommutator 1 dargestellt ist. Der Kommutator 1 weist eine Wellenaufnahme 2 auf, in die eine Welle 3 des rotierenden Teils einbringbar ist. Konzentrisch zur Wellenaufnahme 2 ist ein Isolierteil 4 angeordnet. Das Isolierteil 4 ist elektrisch isolierend, kann aus Kunststoff, Keramik oder beschichtetem Metall hergestellt und auf die als Hülse ausbildbare Wellenaufnahme 2 aufgebracht sein. An seiner äußeren Umfangswandung 5 besitzt das Isolierteil 4 mehrere Taschen 6, die sich in Längsrichtung, also senkrecht zur Zeichnungsebene, in dem Isolierteil 4 erstrecken. Die Taschen 6 weisen jeweils einen Abstand zueinander auf. In jeder Tasche ist eine Kommutatorlamelle 7 eingebracht, die mittels eines Armierungselements 8 am Isolierteil 4 gehalten sind. Aus Figur 1 ist ersichtlich, dass das Armierungselement 8 sämtliche Kommutatorlamellen umgreift, also beispielsweise als geschlossener Ring ausgebildet ist.

[0015] Aus Figur 2, die einen Längsschnitt entlang der Linie II-II in Figur 1 zeigt, ist die Kommutatorlamelle 7 gezeigt. Sie besitzt ein Unterteil 9 und ein Oberteil 10, so dass eine in axialer Richtung geteilte Kommutatorlamelle 7 gebildet ist. Das Unterteil 9 der Kommutatorlamelle 7 liegt mit seiner Unterseite 11 am Grund der Tasche 6 des Isolierteils 4 auf. Das Oberteil 10 liegt zumindest bereichsweise auf dem Unterteil 9 auf. An den Berührstellen werden Unterteil 9 und Oberteil 10 miteinander verbunden. Hierfür kommen Schweiß- und/oder Lötverfahren in Frage. Beim Ausführungsbeispiel der Kommutatorlamelle 7 nach Figur 2 sind an den Berührstellen zwischen Unterteil 9 und Oberteil 10 jeweils eine Schweißverbindung 12 vorgesehen. Selbstverständlich können mehrere Schweißverbindungen vorliegen.

[0016] Zwischen Unterteil 9 und Oberteil 10 ist eine Ausnehmung 13 ausgebildet, die das Armierungselement 8 aufnimmt. Wie in Figur 2 gezeigt, umfasst das Armierungselement 8 mehrere Windungen beziehungsweise Wicklungen 14, die vorzugsweise spiralförmig angeordnet sind. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass mehrere Armierungselemente mit nur einer Windung hintereinander auf das Unterteil 9 aufgebracht werden.

[0017] Im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist die Kommutatorlamelle 7 jeweils aus einem L-förmigen Unter-und Oberteil 9 und 10 gebildet, wobei jeweils das Ende der Basis eines L's auf einem Schenkel des anderen L's aufliegt. Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist, dass das Unterteil 9 auf das Isolierteil 4 aufgelegt und anschließend mit dem Armierungselement 8 am Isolierteil 4 befestigt werden kann. Anschließend wird das Oberteil 10 aufgebracht und beispielsweise mit dem Unterteil 9 verschweißt. Die Ausnehmung 13 ist an den Seitenflächen der Kommutatorlamelle 7 randoffen ausgebildet, so dass das Armierungselement 8 die Kommutatorlamellen 7 durchgreifen kann.
Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Kommutatorlamelle 7 gemäß Figur 3 ist die Schweißverbindung beziehungsweise die Schweißnaht 12 in vom außen zugänglichen Randbereich an Unterteil 9 und Oberteil 10 ausgebildet. Sie kann also leicht von außen eingebracht werden. Gleiche beziehungsweise gleich wirkende Teile wie in den Figuren 1 und 2 sind im Übrigen mit denselben Bezugszeichen versehen.

[0018] Figuren 4 und 5 zeigen jeweils weitere Ausführungsbeispiele einer Kommutatorlamelle 7. Es ist ersichtlich, dass jede Kommutatorlamelle 7 zwei Ausnehmungen 13 besitzt, in der jeweils zumindest ein Armierungselement 8 liegt. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Ausnehmungen innerhalb der Kommutatorlamelle 7 liegen. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 5 sind die Ausnehmungen 13 jedoch randoffen zur Stirnseite der Kommutatorlamelle 7 ausgebildet. Vorteilhaft ist hierbei, dass auch bereits bei zusammengesetzter Kommutatorlamelle 7, also mit miteinander verbundenem Unter- und Oberteil 9 beziehungsweise 10 nachträglich das Armierungselement 8 beziehungsweise die Armierungselemente 8 angeordnet beziehungsweise angebracht werden können. In beiden Ausführungsbeispielen der Kommutatorlamelle 7 nach Figuren 4 und 5 ist das Oberteil 10 lediglich als Deckel ausgebildet und das Unterteil 9 weist die Ausnehmungen 13 auf. Selbstverständlich wäre es auch möglich, die Ausnehmungen beziehungsweise eine Ausnehmung 13 im Oberteil 10 auszubilden. Ober- und Unterteil 9 und 10 sind auch bei der Kommutatorlamelle 7 gemäß Figuren 4 und 5 mit zumindest einer Schweißnaht 12 miteinander verbunden.

[0019] Aus den Figuren 1 bis 5 wird deutlich, dass das Armierungselement 8 die Kommutatorlamellen 7 umgreift und so auf dem Isolierteil 4 hält. Das Armierungselement 8 ist also umlaufend ausgebildet und wird vorzugsweise als gewickelte Faser realisiert. Vorzugsweise werden Kunststoff-, Kohle-, Glas-und/oder Aramidfasern verwendet, so dass auch eine elektrische Isolierung zwischen den Kommutatorlamellen 7 gegeben ist. Vorzugsweise wird das Armierungselement 8 -wie ersichtlich- als gewickelte Faser ausgebildet, also mehrere Wicklungen 14 aufweist. Beim Aufbringen des Armierungselements 8 wird dieses vorzugsweise mit Spannung auf die Kommutatorlamellen 7, insbesondere auf das Unterteil 9 aufgewickelt. Das Armierungselement weist somit eine gewisse Vorspannung auf, so dass die Kommutatorlamellen sicher in den Taschen 6 gehalten werden können.

[0020] Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Kommutatorlamelle 7 (Figur 7) das Ende eines Wickelelements 15 des beweglichen beziehungsweise rotierenden Teils der elektrischen Maschine ist. Jedoch ist auch hier die Kommutatorlamelle 7 aus dem Unterteil 9 und dem Oberteil 10 gebildet. Es ist noch ersichtlich, dass sowohl das Unterteil 9 als auch das Oberteil 10 eine Ausnehmung 13 besitzen, die -bei aufeinanderliegendem Unter- und Oberteil- vorzugsweise deckungsgleich liegen und das Armierungselement 8 mit seinen Windungen 14 aufnimmt.

[0021] Beim Kommutator 1 nach Figur 6 beziehungsweise Figur 7 ist also vorgesehen, dass die Wickelelemente 15, beispielsweise Spulen des rotierenden Teils der elektrischen Maschine, mit den Kommutatorlamellen 7 verbunden sind. Wie vorstehend erwähnt, kann es jedoch auch möglich sein, dass die Kommutatorlamellen das Ende eines Wickelelements 15 sind, die auf dem Isolierteil 4 mittels des Armierungselements 8 sicher gehalten werden. Im Übrigen sind gleiche beziehungsweise gleich wirkende Teile in den Figuren 6 und 7 mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den übrigen Figuren 1 bis 5. Auf deren Beschreibung wird daher verwiesen.

Ansprüche

1. Kommutator für eine elektrische Rotationsmaschine, mit einer Wellenaufnahme, einem die Wellenaufnahme umgebenden Isolierteil und mit mehreren Kommutatorlamellen, die an dem Isolierteil angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommutatorlamellen (7) von zumindest einem Armierungselement (8) umgriffen und so auf dem Isolierteil (4) gehalten sind.

2. Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kommutatorlamelle (7) ein auf dem Isolierteil (4) liegendes Unterteil (9) und ein Oberteil (10) umfasst.

3. Kommutator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Armierungselement (8) zwischen Ober-und Unterteil (10,9) aufgenommen ist.

4. Kommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Armierungselement (8) eine um die Kommutatorlamellen (7) gewickelte Faser ist.

5. Kommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Armierungselement (8) mehrere Wicklungen (14) aufweist.

6. Kommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Armierungselemente (8) vorgesehen sind.

7. Kommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierteil (4) Taschen (6) aufweist, in denen zumindest die Unterteile (9) der Kommutatorlamellen (7) liegen.

8. Kommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Ober- und Unterteil (10,9) miteinander verbunden sind.

9. Kommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Armierungselement (8) mit Spannung die Unterteile (9) umgreift.

10. Kommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierteil (4) als Formkörper ausgebildet ist, der die Taschen (6) aufweist.

11. Kommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierteil (4) verstärkt, vorzugsweise faserverstärkt, ist.

12. Kommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ober-und/oder Unterteil (10,9) eine Ausnehmung (13) zur Aufnahme des Armierungselements (8) aufweist.

Zeichnung