[0001] Die Erfindung betrifft einen Kommutator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Kommutatoren dieser Art werden insbesondere für in Großserie hergestellte Motoren
kleiner und mittlerer Leistung eingesetzt, wobei die Großserienfertigung unter hohem
Preis- und Qualitätsdruck steht und einen im Ganzen und im Detail durchgearbeiteten
Herstellungsgang erzwingt.
[0003] Diesen Anforderungen entspricht es, die Kommutatorlamellen von einheitlich profiliertem
Strangmaterial abzulängen, nacheinander in eine Preßform einzusetzen und dann durch
einen plastifizierbaren, aushärtbaren Isolierstoff miteinander zu einem einheitlichen
Kommutator zu verbinden und gleichzeitig gegeneinander isoliert zu distanzieren. Der
Verankerung der einzelnen Lamellen im Werkstoffverband des Kommutators dient dabei
auch der an jeder Lamelle ansetzende und nach innen zum Achsbereich des Kommutators
weisende Innenlamellenbereich, der den Lamellen auch dann noch Halt gibt, wenn diese
umfangsseitig thermisch und mechanisch bereits hochbelastet sind.
[0004] Der vorbetrachtete Kommutator mit lediglich durch Isoliermaterial gebundenen Lamellen
reicht allerdings für hohe Beanspruchungen nicht aus. In dieser Hinsicht können hohe
Drehzahlen mit entsprechenden Fliehkräften, hohe Axial belastungen, wie sie etwa
bei schlagenden oder rüttelnden Werkzeugen auftreten und/oder hohe Strombelastungen
mit infolge kritischer Temperaturanstiege für den Kommutator gefährlich werden. Derartige
Kommutatoren verlangen herkömmlich einen komplizierteren Aufbau, bei dem die Kommutatorinnenlamellen
zu den Stirnseiten hin Ausnehmungen erhalten, in die zur Armierung Stahlringe eingesetzt
werden. Diese müssen allerdings gegenüber den Lamellen durch besondere Isolierstoff-Einlagen
isoliert werden, ehe der Kommutator verpreßt wird, damit die Metall-Armierungsringe
keine Kurzschlüsse erzeugen. Eine solche Armierung mit zusätzlichen Innenringen verlangt
dementsprechend aufwendige zusätzliche Arbeitsgänge, die den hochbelasteten Kommutator
sehr verteuern.
[0005] Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen Kommutator für hohe Belastungen
zu schaffen, der gegenüber dem normal belastbaren Kommutator möglichst wenig an zusätzlichem
Aufwand voraussetzt und es erlaubt, die Fertigungsmethoden und -vorrichtungen normal
belastbarer Kommutatoren möglichst weitgehend zu nutzen.
[0006] Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit einem Kommutator nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 ausgehend durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
[0007] Durch einen solchen Kommutator läßt sich Lamellen-Halbzeug in Form von Strangmaterial
herkömmlicher Art nutzen, indem beispielsweise gleichzeitig mit dem Ablängen ein abwinkelnder
oder abkrümmender Formvorgang auf die Innenlamelle in zumindest eine und dann gleichsinnige
Umfangsrichtung vorgesehen wird. Damit werden die fahnenartigen Innenlamellenbereiche
gleichsinnig aus der Radialrichtung ausgelenkt. Die entsprechend geformten Lamellen
lassen sich ähnlich den herkömmlichen, segmentförmig begrenzten Lamellen in in eine
Preßform einsetzen und in dieser ohne zusätzliche Abstützungs- oder Isoliermaßnahmen
verpressen.
[0008] Im Materialverband des Kommutators finden die einzelnen Lamellen dann eine hakenförmige
Aufhängung im inneren, mechanisch wie thermisch weniger kritisch beanspruchten Bereich
des Kommutators und werden von daher gehalten. Indem der Innenlamellenbereich zumindest
eine der beiden Nachbarlamellen hintergreift, können sich die Lamellen nicht einzeln
herauslösen, sondern stützen sich gegeneinander ab.
[0009] Vorzugsweise erhält jede Kommutatorlamelle zumindest zwei mit axialem Abstand zueinander
in entgegengesetzte Umfangsrichtungen abgebogene Innenlamellen, so daß beide Nachbarlamellen
hintergriffen werden und eine breiträumige und symmetrische Verankerung im Innenbereich
des Kommutators entsteht. Insbesondere liefern mehrere, in wechselnde Richtungen abgebogene
Innenlamellen auch eine axiale Verankerung der Lamellen untereinander, so daß hohe
Axialkräfte wie bei Bohrhämmern, Schlagbohrmaschinen und ähnlichen axial hoch beanspruchten
Handwerksgeräten besser aufgenommen werden.
[0010] Damit ist ein Weg gefunden, aus dem Herstellungsverfahren für normalbelastete Kommutatoren
mit geringfügigem zusätzlichem Aufwand eine im übrigen systemgerechte Herstellung
von hoch beanspruchbaren Kommutatoren zu schaffen. Wobei die Nutzung herkömmlicher
Vormaterialien und Werkzeuge besonders vorteilhaft ist.
[0011] Zwar hat es bereits früher Versuche gegeben, Vorsprünge und Eintiefungen an den Lamellen
auszugestalten, um einen besseren gegenseitigen Halt zu erzielen. Diese führten allerdings
regelmäßig zu sehr komplizierten Querschnittsformen, die nur aufwendig herzustellen
sind, für das Verpressen besondere Isolierungseinlagen voraussetzen würden und dementsprechend
für eine Großserienfertigung ungeeignet sind.
[0012] Profilgestaltungen am Lamellenblock selbst dürften auch im Hinblick auf die Isolierung
kritischer und im Hinblick auf die Verankerung weniger wirksam sein als Querverformungen
im Bereich von Innenlamellen. Im übrigen waren die vorbekannten Lamellen nur für prismatisch
in Achsrichtung durchlaufende Profilgestaltungen geeignet, so daß wechselnd gerichtete
Ausformungen mit der Möglichkeit, Axialkräfte aufzunehmen, ausgeschlossen waren.
[0013] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der
nach folgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung
anhand einer Zeichnung näher erläutert ist. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Kommutatorlamelle mit zwei gegensinnnig abgebogenen Innenlamellen in perspektivischer
Ansicht,
Fig. 2 Kommutatorlamelle mit drei in wechselnde Umfangsrichtungen abgebogenen Innenlamellen
und
Fig. 3 Umfangsbereich eines Kommutators mit fünf Kommutatorlamellen nach Fig. 2
[0014] In Fig. 1 ist eine insgesamt mit 1 bezeichnete Kommutatorlamelle in perspektivischer
Ansicht dargestellt, bei der ein in bekannter herkömmlicher Art trapezförmig gestalteter
Blockbereich 2 die an einer Stirnfläche 3 ersichtliche Form hat, bei der eine gerundete
Basis 4 dem Kommutatorumfang angeglichen ist und zwei entsprechend dem vorgesehenen
Sektorbereich nach oben bzw. innen konvergierende Seitenkanten 5,6 sowie eine obere,
quergerichtete Abschlußkante 7 das Profil bestimmen. Das Profil setzt sich im Ausgangsmaterial
nach oben durch einen Steg- oder Fahnenbereich fort, welcher beim Ablängen der Kommutatorlamelle
von einem Strang Material üblicherweise noch weitergehend ausgestanzt wird, so daß
die dadurch gebildete Innenlamelle verdeckt im Kommutator liegt.
[0015] Auf ähnliche Weise , d.h. durch entsprechendes Ausstanzen, hat die dargestellte Kommutatorlamelle
zwei Innenlamellen 8,9 erhalten, die allerdings nicht mehr in einer Symmetrieebene
10 verlaufen, wie sie durch zwei strichpunktierte Linien skizziert ist, sondern in
wechselnde Richtungen ausgebogen sind.
[0016] Diese Verformung haben die beiden Innenlamellen beim Stanzvorgang erhalten. Der Stanzvorgang
hat auch für einen axialen Abstand der beiden Innenlamellen voneinander und für einen
axialen Abstand von den Innenlamellen zu der jeweils nächstgelegenen Stirnseite, wie
etwa von der Innenlamelle 8 zur Stirnseite 3 geführt.
[0017] Beide Innenlamellen 8,9 weisen, als aus dem gleichen Strangprofil ausgestanzt, gleiche
Profilformen auf. Dabei ergibt sich aber eine nach oben hin, d.h. zu einem dem Blockbereich
abgelegenen Kopfende 12 hin größere Breite als an einem Ansatzbereich 13 zum Block
2 hin. Diese nach oben hin zunehmende Breite unterstützt, wie noch näher anhand der
Fig. 3 zu sehen sein wird, die Verankerung der Innenlamellen 8,9.
[0018] Die Innenlamellen 8,9 weisen auch im Bereich des Kopfendes 12 eine größere axiale
Länge auf, d.h., die (gekrümmten) Seitenflächen 14 und 15 sind in der Seitenansicht
wie auch in einer Abwicklung tapezförmig mit der Basis des Trapezes nach oben. Auch
dies dient der besseren Verankerung der Lamelle im Isoliermaterial des Kommutators.
[0019] In Fig. 1 sind an der Innenlamelle 15 neben den beiden Kanten 16,17 der stirnseitigen
Profilfläche 2 weitere Kanten mit gebrochenen Linien 18,19 angedeutet, die veranschaulichen
sollen, daß zur Gestaltung der Verhakungs formen und der Isolierzwischenräume mehr
oder weniger stark gekrümmte oder aber fußseitig schärfer abgebogene Innenlamellen
vorgesehen werden können.
[0020] Die in Fig. 2 dargestellte, insgesamt mit 21 bezeichnete Kupferlamelle weist wiederum
einen Block 22 auf, der ganz ähnlich dem Block 2 in Fig. 1 gestaltet ist. Er unterscheidet
sich von der vorbeschriebenen Lamelle 1 im wesentlichen dadurch, daß oberseitig drei
Innenlamellen 23, 24,25 ausgestanzt wurden, die wechselweise zu unterschiedlichen
Seiten abgebogen sind, so daß die Innenlamellen 23 und 25 zu der einen Seite einer
Mittelebene vorragen, wie sie durch zwei strichpunktierte Linien 26,27 angedeutet
ist, während die dazwischenliegende Innenlamelle 24 zur anderen Seite hinweist. Diese
Gestaltung gibt eine noch bessere Verankerung der Innenlamellen in einem fertiggestellten
Kommutator mit einer vergleichmäßigten Verteilung der Verankungskräfte und zusätzlichen
Kanten zum Abfangen von axialen Kräften, ist allerdings auch beim Einsetzen in eine
Preßform präziser zu behandeln.
[0021] Die Lage der Lamellen zueinander in einem für das Verpressen zusammengesetzten Zustand
zeigt Fig. 3 in einer Stirnansicht. Während die Blöcke 22 der zum Ring nebeneinander
angeordneten Kupferlamellen 21 in herkömmlicher Weise innerhalb von ihnen vorgegebenen
Sektoren nebeneinanderliegen, hintergreifen die abgebogenen Innenfahnen zur einen
oder anderen Seite die benachbarte Lamelle, wobei in der Stirnansicht auch Überdeckungen
vorkommen, so daß die Innenlamellen mit Teilflächen in Axialrichtung hintereinanderliegen.
Diese Verzahnung der Innenlamellen in jeder Richtung führt zu einer festeren Verankerung
der Lamellen, die entsprechende Kommutatoren ohne zusätzliche Armierungsringe geeignet
macht, hohe mechanische und thermische Beanspruchungen aufzunehmen. Dabei kann hinsichtlich
der Arbeitsweise und der Vorrichtungen auf das für normalbelastbare Kommutatoren Verfügbare
zurück gegriffen werden, so daß sich eine ganz wesentliche Rationalisierung der Fertigung
hochbelastbarer Kommutatoren ergibt.
[0022] Die Montage wird auch durch die systematische Ausrichtung der Innenlamellen erleichtert.
Bei gleichartigen Kommutatorlamellen liegen alle Innenlamellen gleicher Querausrichtung
in einer gemeinsamen Ringebene. Damit ergeben sich auch in Axialrichtung wohldefinierte
Abstände zwischen den Metallteilen und wohldefinierte Materialstärken für die eingepreßte
Isoliermasse. Die Trapez- oder Schwalbenschwanzform bei den Lamellen, wie sie insbesondere
bei den Innenlamellen 8,9 in Fig. 1 zu erkennen ist, liefert dabei eine besonders
gute Verhakung im Innenbereich des Kommutators, in dem die auftretenden Fliehkräfte
gering sind und in dem Strombelastungen und Reibbelastungen vom Kommutatorumfang
her nur langsam zu thermischen Beanspruchungen führten.
1. Kommutator mit Kommutatorlamellen, die fächerförmig am Umfang des Kommutators
verteilt und ohne Verklammerung mit Metall-Armierungsringen lediglich durch eingepreßte
Kunststoff-Isoliermasse gegeneinander distanziert und gebunden sind, wobei die einzelnen
Kommutatorlamellen Abschnitte aus einem Profil-Halbzeug sind, dessen Profil einen
außenliegenden, vorwiegend trapezförmigen Blockbereich und einen fahnenartig ansetzenden
Innenlamellenbereich für zum Kern des Kommutators weisende Innenlamellen umfaßt, dadurch
gekennzeichnet, daß an den Kommutatorlamellen (1,21) jeweils zumindest eine in Umfangsrichtung
bis zu einem seitlichen Überstand über den trapezförmigen Blockbereich (2,22) abgebogene
Innenlamelle (8,9;23,24,25) vorliegt, wobei die gleichsinnig abgebogenen Innenlamellen
in Umfangsrichtung miteinander fluchten.
2. Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Kommutatorlamellen
(1) zumindest zwei mit axialem Abstand zueinander in entgegengesetzte Umfangsrichtungen
abgebogene Innenlamellen (8,9;23,24,25) umfaßt.
3. Kommutator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenlamellen
(8,9; 23,24,25) im Profil bogenförmig gekrümmt sind.
4. Kommutator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenlamellen
(8,9) vorwiegend an einem zum Blockbereich gelegenen Ansatz (13) abgewinkelt sind.
5. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenlamellen
(8,9) an einem dem Blockbereich abgelegenen Kopfende (12) im Profil breiter als an
einem zum Blockbereich gelegenen Ansatz (13) sind.
6. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenlamellen
(8,9) an einem dem Blockbereich abgelegenen Kopfende (12) eine größere axiale Länge
als einem zum Blockbereich (1) gelegenen Ansatz (13) aufweisen.
7. Kommutator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenlamellen (8,9)
zumindest zum Teil in (bezüglich des Kommutators tangentialer) Seitenansicht schwalbenschwanzförmig
ausgebildet sind.