DE102006046666A1

DE102006046666A1 - Plankommutator

Info

Publication number: DE102006046666A1
Application number: DE200610046666
Authority: DE
Inventors: Achim Neubauer; Dirk Altmeyer; Helmut Huber; Axel Diederichs
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-03
Also published as: WO2008040654A1; EP2076946A1; RU2009115951A; CN101523671A; EP2076946B1; CN101523671B; RU2447556C2; BRPI0717278A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plankommutator (1) mit einer ebenen Bürstenlauffläche (5) bildenden, voneinander distanzierten Kontaktsegmenten (4), die jeweils mit Radialabschnitten (13) von metallischen, ebenfalls voneinander distanzierten Segmenttragteilen (6) und elektrisch leitend verbunden sind, und mit einem Nabenkörper (2) aus einem elektrisch isolierenden Material, der die Segmenttragteile (6) trägt, welche mit Wicklungsanschlusshaken (8) versehen sind, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Axialabschnitten (7) der Segmenttragteile (6) ein von dem Nabenkörper (2) gebildeter Steg (9) vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich der Steg (9) von der Bürstenlauffläche (5) axial in Richtung der Wicklungsanschlusshaken (8) schauend und/oder von den Wicklungsanschlusshaken (8) in Richtung Bürstenlauffläche (5) schauend, in Umfangsrichtung verbreiternd ausgebildet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Plankommutator gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Derartige Plankommutatoren für elektrische Maschinen sind weithin bekannt. 5 zeigt eine Seitenansicht eines hausinternen Standes der Technik. Dieser Plankommutator 1 weist einen Nabenkörper 2 aus Kunststoff auf, der bei seinem Einsatz in einer elektrischen Maschine drehfest mit einer Ankerwelle verbunden ist. Auf einer Stirnseite 3 des Plankommutators 1 sind in Umfangsrichtung mehrere voneinander beabstandete Kontaktsegmente 4, insbesondere Kohlesegmente, angeordnet, welche stirnseitig eine ebene Bürstenlauffläche 5 für mindestens eine Kohlebürste bilden. Jedes Kontaktsegment 4 ist fest leitend mit einem Radialabschnitt eines Segmenttragteils 6 verbunden. Jeder Radialabschnitt geht in einen um 90° abgewinkelten Axialabschnitt 7 über, an dessen dem Radialabschnitt abgewandten Ende ein Wicklungsanschlusshaken 8 zur Festlegung von Wicklungsdraht, insbesondere im Hot-Staking-Verfahren, vorgesehen ist. Zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Axialabschnitten 7 ist ein in axialer Richtung verlaufender Steg 9 vorgesehen, welcher Teil des Nabenkörpers 2 ist. Jeder Steg 9 hat eine Radialerstreckung von etwa 2 mm, welche radial innen in den Nabenvollkörper übergeht. Dies entspricht in etwa der Materialstärke der Axialabschnitte 7 in radialer Richtung. Die gegenüberliegenden Längsseiten 10, 11 jedes Steges 9 sind parallel zueinander ausgerichtet, so dass der Steg 9 in der dargestellten Seitenansicht ein im Wesentlichen rechteckförmiges Umfangsprofil aufweist. Nachteilig bei dem bekannten Plankommutator 1 ist es, dass es während der Montage des Plankommutators 1 an eine elektrische Maschine zu einem Abbrechen oder Abscheren von Teilen der Stege 9 kommen kann und diese Bruchstücke sich in Luftspalten 12 zwischen den Kontaktsegmenten 4 festsetzen. Während des Betriebes einer mit dem gezeigten Plankommutator 1 ausgerüsteten elektrischen Maschine können sich diese Bruchstücke aus den Luftspalten 12 lösen und in der Folge die elektrische Maschine oder andere Bauelemente, insbesondere bei dem Einsatz des Kommutators in einer Kraftstoffpumpe, beschädigen.
Offenbarung der Erfindung
Technische Aufgabe
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Plankommutator mit einem robusteren Nabenkörper vorzuschlagen.
Technische Lösung
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zur randseitigen Stabilisierung des Nabenkörpers die Stege in dem hakenseitigen Endbereich und/oder in dem axial gegenüberliegenden kontaktsegmentseitigen Endbereich in Umfangsrichtung verbreitert auszubilden. Hierdurch wird einem Abbrechen oder Abscheren von Teilen des Steges bei der Weiterverarbeitung des Plankommutators im Anker einer elektrischen Maschine vorgebeugt. Durch die Verbreiterung in Umfangsrichtung in zumindest einem axialen Endbereich des Steges wird u.a. ein für Kunststoffe günstigerer Faserverlauf realisiert, was sich positiv auf die Robustheit des bevorzugt aus Kunststoff ausgebildeten Nabenkörpers auswirkt. Da als Materialien zur Herstellung des Nabenkörpers, also auch der Stege, bevorzugt Duroplaste mit Glasfasern oder Glaskügelchen und/oder ähnlichen anderen verfestigenden Elementen verwendet werden, trägt auch deren homogene Verteilung aufgrund einer größeren Kunststoff-Masse in dem verbreiterten Abschnitt der Stege zu einer Stabilisierung und zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Nabenkörpers in diesen Bereichen bei.
Mit Vorteil ist die Erstreckung der Stege in radialer Richtung gering. Bevorzugt entspricht die Radialerstreckung der Stege zumindest im Wesentlichen der Radialerstreckung (Materialstärke) der flachen, im Wesentlichen plattenförmigen, sich in axialer und in Umfangsrichtung erstreckenden Axialabschnitte der bevorzugt aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildeten Segmenttragteile. Die Stege haben vor allem die Aufgabe, die einander zugewandten Seitenflächen der Axialabschnitte abzudecken, um diese einerseits elektrisch gegeneinander zu isolieren und andererseits vor dem Angriff aggressiver Medien, beispielsweise Kraftstoff, zu schützen. Dies ist besonders wichtig, wenn der Kommentator Teil einer kraftstoffdurchströmten Kraftstoffpumpe ist. Die Radialerstreckung der Stege beträgt etwa 1 mm bis 2 mm, vorzugsweise etwa 1,5 mm, wobei die Stege radial innen in den Nabenvollkörper übergehen.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Verbreiterung der Stege in Umfangsrichtung symmetrisch zu einer durch den Steg verlaufenden, gedachten Symmetrieebene ausgebildet ist. Hierdurch wird eine gleichmäßige Kraftverteilung erreicht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stege sich trapezförmig bzw. V-förmig verbreiternd ausgebildet sind. Hierzu weist der sich verbreiternde Abschnitt bevorzugt zwei unter einem Winkel zueinander verlaufende, ebene Schrägseiten auf.
Ferner ist es denkbar, die Seitenflächen im sich verbreiternden Abschnitt der Stege bogenförmig, insbesondere nach innen, zu krümmen. Durch die Vermeidung von Ecken wird die Stabilität des Nabenkörpers weiter erhöht.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die Axialabschnitte der Segmenttragteile an den sie voneinander beabstandeten Stegen anliegen, so dass die Umfangskontur der Axialabschnitte und die Kontur der Stege aneinander angepasst sind. Hieraus ergibt sich, dass die Axialabschnitte in zumindest einem axialen Endbereich in Umfangsrichtung verschmälert ausgebildet sind. Hierdurch werden scharfkantige Eckbereiche, wie diese bei den im Wesentlichen rechteckig konturierten Axialabschnitten aus dem Stand der Technik vorkommen, reduziert, bevorzugt vermieden, wodurch Hitzekonzentrationen in den randseitigen Bereichen der Axialabschnitte, wie diese bei bekannten Plankommutatoren regelmäßig vorkommen, mit Vorteil vermieden werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass in den Axialabschnitten der Segmenttragteile, bevorzugt auf der an die Kontaktsegmente angrenzenden Seite, jeweils eine Aussparung vorgesehen ist, welche zumindest abschnittsweise bogenförmig konturiert ist, um den Wärmefluss von dem Wicklungsanschlusshaken zu den Befestigungsabschnitten zu verschlechtern, wodurch eine Beeinträchtigung der Verbindung (insbesondere Lötverbindung) zwischen Kontaktsegmenten und Befestigungsabschnitten bei der Befestigung von Wicklungsdraht an den Wicklungsanschlusshaken mittels des hot-staking-Prozesses vermieden wird. Gleichzeitig dient die Ausnehmung, welche bevorzugt mit Nabenkörpermaterial ausgefüllt ist, als zusätzliche Verankerung für das entsprechende Segmenttragteil, wodurch zumindest teilweise aus schräg oder senkrecht in den Nabenkörper hineinragende Verankerungskrallen verzichtet werden kann, was die Herstellung und die Handhabung der Segmenttragteile erleichtert. Ein weiterer Vorteil im Vorsehen einer derartigen Ausnehmung ist darin begründet, dass die Gefahr von Rissbildungen, insbesondere in randseitigen Nabenkörperabschnitten mit geringer Wandstärke minimal wird. Dies ist u.a. auf einen durch die Ausnehmung verbesserten Materialfluss des Nabenkörpermaterials und im Bereich der Ausnehmung vergrößerte Materialstärke zurückzuführen.
Als Material zur Herstellung des Nabenkörpers eignet sich insbesondere eine Kunststoffpressmasse, bevorzugt kommen Duroplaste mit verfestigenden Elementen zum Einsatz. Bei derartig ausgebildeten Nabenkörpern wirkt sich die verbreiterte Ausbildung der Stege besonders vorteilhaft auf die Widerstandsfähigkeit gegen Zug- und/oder Druckkräften aus.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
1: eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Plankommutators,
2: eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Plankommutators,
3: eine Draufsicht auf die Bürstenlauffläche eines Plankommutators,
4: eine geschnittene Darstellung des Plankommutators gemäß 3 entlang der Schnittlinie A-A und
5: einen Plankommutator in Seitenansicht nach dem Stand der Technik.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist ein Plankommutator 1 für eine ansonsten bekannte elektrische Maschine gezeigt. Der Plankommutator 1 ist im montierten Zustand in Richtung seiner Längsachse L von einer Ankerwelle durchsetzt und drehfest mit dieser verbunden.
Der Plankommutator 1 weist einen Kunststoff-Nabenkörper 2 auf. An der in 3 in einer Draufsicht dargestellten Stirnseite 3 sind in Umfangsrichtung eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Kontaktsegmenten 4 aus Kohlenstoff angeordnet. Diese bilden zusammen eine stirnseitige, ebene Bürstenlauffläche für mindestens eine Bürste der nicht gezeigten elektrischen Maschine.
Jedes Kontaktsegment 4 ist mit einem sich in radialer Richtung erstreckenden, plattenförmigen, in 4 gezeigten, Radialabschnitt 13 eines als Stanzbiegeteil ausgebildeten Segmenttragteils 6 aus Kupfer verlötet und somit fest und elektrisch leitend verbunden. Radial außen geht jeder Radialabschnitt 13 in einen koaxial zur Längsachse L verlaufenden Axialabschnitt 7 des Segmenttragteils 6 über. Am freien Ende jedes Axialabschnitts 7 ist ein Wicklungsanschlusshaken 8 zur Befestigung von Wicklungsdraht der Ankerwicklung der elektrischen Maschine vorgesehen.
Wie sich insbesondere aus 1 ergibt, ist zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Axialabschnitten 7 ein sich in axialer Richtung erstreckender Steg 9, welcher einteilig mit dem Nabenkörper 2 ausgebildet ist, vorgesehen. Die nicht gezeigte Erstreckung des Steges 9 in radialer Richtung entspricht im Wesentlichen der aus 4 zu entnehmenden Dicke d (Materialstärke) der Axialabschnitte 7 in radialer Richtung. In Umfangsrichtung liegt jeder Steg 9 an den jeweils zwei benachbarten Axialabschnitten 7 der Segmenttragteile 6 an. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel nimmt die Breite der Stege 9 in Umfangsrichtung zu. In einem mittleren Bereich weisen die Stege 9 eine geringe Breite b₁ auf. Die Breite nimmt in Richtung Wicklungsanschlusshaken 8 blickend in Umfangsrichtung zu. In den axialen Endbereichen weisen die Stege 9 eine größere Breite b₂ auf, die in etwa der doppelten Breite b₁ im mittleren Bereich der Stege 9 entspricht. Aus 1 ist zu erkennen, dass die Längsseiten 10, 11 in dem sich verbreiternden Axialabschnitt des Steges 9 bogenförmig in entgegengesetzte Umfangsrichtungen gekrümmt sind. Dadurch, dass sich die Stege 9 in axialer Richtung gesehen in Umfangsrichtung bogenförmig verbreitern, verschmälern sich die Axialabschnitte 7 in diesem Bereich entsprechend mit einer bogenförmigen Kontur, wodurch Eckbereiche und damit Hitzekonzentrationspunkte vermieden werden.
Axial in die sich in Umfangsrichtung verbreiternden Axialabschnitte der Stege 9 ist ein in axialer Richtung verlaufender kurzer Schlitz 14 eingebracht. In diesem Schlitz 14 setzt sich ein Luftspalt 12 zwischen jeweils zwei benachbarten Kontaktsegmenten 4 in axialer Richtung fort.
Weiterhin ist aus 1 zu erkennen, dass in die Axialabschnitte 7 der Segmenttragteile 6 auf der den Wicklungsanschlusshaken 8 gegenüberliegenden Seite jeweils eine umfangsgeschlossene Ausnehmung 15 eingebracht ist. Anstelle einer umfangsgeschlossenen Ausnehmung kann auch eine randseitige offene Ausnehmung vorgesehen werden Die Ausbildung der Axialabschnitte 7 und über Ausnehmung 15 verringert den Wärmeübergang zwischen Wicklungsanschlusshaken 15 und Radialabschnitten. Weiterhin wird durch die Ausnehmung 15 erreicht, dass die den Axialabschnitten 7 axial benachbarten Umfangwandabschnitte 16, welche eine geringe Materialstärke aufweisen und die die Kontaktsegmente 4 radial außen versiegeln, weniger stark zur Rissbildung neigen.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, so dass im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen wird. Bezüglich der Gemeinsamkeiten wird auf die vorherige Beschreibung verwiesen. Die Stege 9 verbreitern sich bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 im Bereich der Wicklungsanschlusshaken 8 in Umfangsrichtung nicht gekrümmt bzw. bogenförmig, sondern V- bzw. trapezförmig. Auch bei den Stegen 9 gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 nimmt die Breite b₁ der Stege 9, ausgehend von einem axial mittleren Bereich in Umfangsrichtung bis auf eine Breite b₂ in einem axialen Endbereich der Stege 9 zu. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden randseitige Ecken des Axialabschnittes 7 zwar nicht vermieden – die verbleibenden Ecken sind jedoch weniger spitz, wodurch eine Hitzekonzentration an diese Stellen zumindest vermindert wird.
Zusätzlich oder alternativ zu einer Verbreiterung der Stege 9 in Umfangsrichtung im Bereich des den Wicklungsanschlusshaken zugewandten axialen Endes, können die Stege 9 auch im axial gegenüberliegenden Endbereich, in den in diesem Ausführungsbeispiel der Schlitz 14 eingebracht ist, in Umfangsrichtung verbreitert werden.

Claims

Plankommutator mit eine ebene Bürstenlauffläche (5) bildenden, voneinander distanzierten Kontaktsegmenten (4), die jeweils mit einem Radialabschnitt (13) eines metallischen Segmenttragteils (4) fest und elektrisch leitend verbunden sind, und mit einem Nabenkörper (2) aus einem elektrisch isolierenden Material, der die ebenfalls voneinander distanzierten Segmenttragteile (4) trägt, welche jeweils an einem Axialabschnitt (7) mit einem Wicklungsanschlusshaken (8) versehen sind, wobei zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Axialabschnitten (7) ein von dem Nabenkörper (2) gebildeter Steg (9) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Steg (9) von der Bürstenlauffläche (5) axial in Richtung der Wicklungsanschlusshaken (8) betrachtet und/oder von den Wicklungsanschlusshaken (8) in Richtung Bürstenlauffläche (5) betrachtet in Umfangsrichtung verbreiternd ausgebildet ist.
Plankommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstreckung der Stege (9) in radialer Richtung zumindest näherungsweise der Materialstärke des flachen Axialabschnittes (7) des Segmenttragteiles (4) entspricht.
Plankommutator nach der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Steg (9) symmetrisch zu einer sich in radialer und axialer Richtung erstreckenden Symmetrieebene verbreiternd ausgebildet ist.
Plankommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Steg (9) trapezförmig verbreiternd ausgebildet ist.
Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Steg (9), insbesondere nach innen, bogenförmig verbreiternd ausgebildet ist.
Plankommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Axialabschnitte (7) der Segmenttragteile (4) von der Bürstenlauffläche (5) axial in Richtung Wicklungsanschlusshaken (8) betrachtet und/oder von den Wicklungsanschlusshaken (8) in Richtung Bürstenlauffläche (5) betrachtet in Umfangsrichtung verschmälern.
Plankommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialabschnitte (7) der Segmenttragteile (4), insbesondere auf der den Wicklungsanschlusshaken (8) abgewandten Seite, jeweils eine, vorzugsweise zumindest teilweise bogenförmig konturierte, umfangsgeschlossene oder randseitig offene Aussparung (15) aufweisen.
Plankommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Radialabschnitte (13) der Segmenttragteile (4), vorzugsweise sämtliche Radialabschnitte (13), verankerungskrallenfrei ausgebildet sind.
Plankommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei benachbarten Kontaktsegmenten (4) ein Luftspalt (13) vorgesehen ist, der in axialer Richtung in einer Stirnseite des Steges (9) hineinreicht.
Kommutator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenkörper (2) aus einer Kunststoffpressmasse ausgebildet ist.