DE3201027C2

DE3201027C2 - Verfahren zum Herstellen eines Kommutatorringes

Info

Publication number: DE3201027C2
Application number: DE19823201027
Authority: DE
Inventors: Helmut 3220 Alfeld Degner; Reiner 3200 Hildesheim Hausdorf; Claus 3201 Bettrum Pollack
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-01-15
Filing date: 1982-01-15
Publication date: 1986-11-27
Also published as: DE3201027A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Kommutatorringes für einen Kommutator durch Kaltumformen vorgeschlagen, der eine Vielzahl von Segmenten mit Anschlußfahnen und Verankerungsmitteln hat. Mit dem Verfahren wird ein hülsenförmiger Rohling mit einem Flansch und einem am Mantel konisch erweiterten Übergang zum Flansch hin in einem Arbeitsgang eines Umformwerkzeugs hergestellt. Dabei werden im Arbeitshub Segmente mit Anschlußfahnen durch Ausbilden von Segmentteilnuten und mit ihnen verbundene Fahnenteilnuten ausgebildet, während in einem ersten Teil des Rückhubs des Umformwerkzeugs die Verankerungsmittel an den Segmenten angeformt werden und danach das Werkzeug geöffnet und der Kommutatorring ausgeworfen wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Kommutatorringes gemäß dem Obcrbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 20 28 857 ist schon ein Verfahren zum Herstellen eines Formpreßkommutators bekannt, bei dem in mehreren Arbeitsgängen aus einem zylindrischen Abschnitt einer Kupferstange ein Schrumpfring hergestellt wird. Die Segmentteilnuten und die Fahnenteilnuten sowie die Verankerungsmittel an den Segmenten werden bei dem bekannten Verfahren zwar in einem Verfahrensschritt hergestellt Dabei wird ein Stempel mit radialen Zähnen durch den Rohling getrieben, um die Segmentteilnuten zu bilden. An den Seiten der Zähne des Stempels sind noch seitlich vorstehende Zähne angeformt, welche in den Längsseiten der Segmente Kerben ausbilden. Die Kerben stellen die in axialer Richtung durch Hinterschnitt geformten Verankerungsmittel der Segmente dar. Bei dem bekannten Verfahren ist jedoch von Nachteil, daß die verhältnismäßig schmalen Zähne des Stempels aufgrund der vorgegebenen Abmessungen des herzustellenden Kommutators auch noch eng nebeneinander angeordnet sind. Die an ihren Seiten vorstehenden Zähne für die Kerben sind obendrein ebenfalls aus Platzgründen kurz und laufen in Spitzen aus. Das alles hat zur Folge, daß die Standzeit derartiger Stempel nicht ausreichend hoch ist. Die Kerben werden durch sich zu schnell abnutzende Zähne des Stempels zu flach, so daß die Segmente nicht mehr sicher in der Isolierstoffnabe verankert werden können. Das bekannte Verfahren ist somit für die wirtschaftliche Großmengenfertigung nicht mehr geeignet.
Weiterhin ist aus der DE-OS 16 13 086 ein Verfahren bekannt, bei dem die Verankerungsmittel an der Innenseite der Kommutatorsegmente nach dem Ausbilden der Segmentteilnuten nachteiligerweise in einem besonderen Arbeitsgang durch eine durch den Kommutatorring gepreßte Kugel ausgebildet werden.

Ferner ist aus der EP-A2-00 36 444 ein Verfahren zum Herstellen eines Preßstoffkommutators bekannt, bei dem lediglich ein hohlzylindrischer Kupferkörper mil einem an einem Ende radial nach außen überstehenden Flansch in einen Kommutatorring umgeformt wird.

Dies geschieht in mehreren Arbeitsgängen wie Einarbeiten der Segmentteilnuten und Fahnenleilnuten, Fließpressen von Längsnuten in der Außenmantelfläche des zylindrischen Schafts und von Radialnuten in der Rückseite des Flansches, Schrumpfen des Kommutatorso ringes, wobei die Stege zwischen den Segmentteilnutcn und den Längsnuten sowie zwischen den Fahnenteilnuten und den Radialnuten gebrochen werden, und Abspalten der Verankerungshaken in Längsrichtung der Segmente. Abgesehen von der Vielzahl der Arbcitsgänge ist bei dem nach dem bekannten Verfahren hergestellten Kommutator auch von Nachteil, daß zum Herstellen der in Längsrichtung der Segmente abgespalteten Verankerungshaken die Segmente dicker ausgebildet sein müssen, was zu mehr Verbrauch teueren Kupfers führt. Außerdem muß der Isolierkörper eine verhältnismäßig große Dicke aufweisen, damit die abgcspaiieien uder aiigesdiäiieii Vciankciungsliukc-n ausreichend eingebettet und somit die Segmente verankert werden können. Darüber hinaus findet bei abgcspalteten oder angeschälten Verankerungshaken lediglich eine Punktanbindung der Segmente an den Isolierkörper statt. Durch thermische und mechanische IJehislimg während des Betriebs krümmen sich die an zwei oder

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vier Punkten verankerten Segmente. Das führt zu Schäden am Kommutator wie Brüchen am Isolierkörper, ungleichförmige Bürstenlauffläche und somit zu verstärktem Bürstenfeuer und auch /.u schnellerer Bürstenabnutzung.

Schließlich ist aus der DE-AS 19 34 213 noch ein Verfahren zum Herstellen eines Zweistoff-Kommutators bekannt Der Rohling dazu besteht aus zwei Ringscheiben unterschiedlichen Werkstoffs, die koaxial aneinanderliegend in einen Kommutatorring mit Schaft und Flansch kakumgeformt werden. Dabei wird die Ringscheibe aus Cu zum Laufflächenbereich am Schaft umgebildet, während gleichzeitig die andere Ringscheibe aus Al als Verankerungs- und Fahnenbereich ausgebildet wird. Die Verankerungsmittel sind hier bereits in Schwalbenschwanzform ausgebildet, welche in Umfangsrichtung des Kommutators in die Segmentteilnuten ragen und auf der ganzen Länge der Segmente angeformt sind. In nachteiliger Weise ist bei diesem bekannten Verfahren nicht gewährleistet, daß die Segmente auf ihrer ganzen Länge mit vollem Profil samt Verankerungsmitteln ausgebildet sind. Beispielsweise durch den langen Werkstofffluß und durch den entgegenwirkende Reibkräfte gelangt meist in die Endabschnitte der Segmente — vor allem am flanschseitigen Ende — zu wenig Werkstoff, um die verhältnismäßig flachen Schwalbenschwänze vollständig auszubilden.

Aufgabe, Lösung und Vorteile der Erfindung

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Kommutatorringes aus einem hülsenförmigen Rohling mit Flansch an einem Ende zu schaffen. Das Verfahren soll abfallos, zeitsparend und mit einem Werkzeug großer Lebensdauer durchführbar sein, wobei in Umfangsrichtung des Kommutatorrings ragende und sich über die ganze Länge der Kommutatorsegmente erstreckende Verankerungsmittcl vor allem auch in den Endbereichen der Segmente vollständig ausgebildet werden, um ein sicheres Verankern der Segmente im Isolierkörper eines Kommutators zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Dabei ist von Vorteil, daß der Rohling bereits mit einer den Werkstofffluß beim Umformen begünstigenden Werkstoffanhäufung in Form des konisch erweiterten Übergangs vom Schaft zum Flansch versehen ist, um vor allem am flanschseitigen Ende des Kommutatorringes genügend Werkstoff zur Verfügung zu haben, um dann daraus die Segmente und somit die verhältnismäßig flachen Verankerungsmittel mit vollem Profil ausbilden zu können. Darüber hinaus ist von Vorteil, daß sich das Umformen als Fließpressen und Reduzieren in einem einzigen Arbeitsgang durchführen läßt, um einen möglichst gleichmäßigen Werkstofffluß im ganzen Werkstück zu erreichen und somit eine mindestens annähernd gleichmäßige Belastung der Umformteile des Werkzeugs zu ermöglichen. Schließlich wird das Verfahren in vorteilhafter Weise wesentlich y<>rlriir7t Humh das Einbeziehen des ersten Abschnitts des Rückhubs zum Ausbilden der Verankerungsmittel.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist das Ausbilden der Verankerungsmittel an der Innenseite der Segmente durch eine Kalibriervorrichtung, über welche der Rohling, der in den die Segment- und Fahnenteilnuten ausbildenden Wcrkzeugteilen gehalten ist, beim Rückhub gezogen wird.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Rohling für einen Kominutatorring im ίο Längsschnitt,

F i g. 2 ein Umformwerkzeug in Ausgangsstellung mit eingesetztem Rohling, teilweise im Längsschnitt,

Fig.3 einen Querschnitt durch das Werkzeug entlang der Linie III-III in F i g. 2 und

Fig.4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2,

Fig.5 eine Teilansicht des Werkzeugs in Pfeilrichtung V in Fig. 2 und

F i g. 6 eine Ansicht in Pfeilrichtung VI in F i g. 2,
F i g. 7 das Werkzeug am Ende des Arbeitshubs, teilweise im Schnitt,

Fig.8 den Kommutatorring am Ende des Arbeitshubs in räumlicher Darstellung,

F i g. 9 eine Teildraufsicht in vergrößertem Maßstab auf den Kommutatorring in Pfeilrichtung IX in F i g. 8,

F i g. 10 das Werkzeug im ersten Abschnitt des Rückhubs, teilweise im Schnitt.

Fig. 11 einen Teilschnitt in vergrößertem Maßstab durch den Kommutatorring entlang der Linie XI-XI in Fig. 10und

Fig. 12 das Werkzeug nach Beenden des Rückhubs beim Auswerfen des aus dem Rohling geformten Kommutatorrings, teilweise im Schnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Ein Rohling 1 für einen Kommutatorring 2 ist aus einem für Kommutatoren geeigneten Werkstoff, beispielsweise Kupfer hergestellt. Der Rohling 1 hat die Form einer Hülle, an deren einem Ende ihres Schaftes 3 ein Flansch 4 angeformt ist. Der Schaft 3 hat einen an seinem Außenmantel konisch erweiterten Übergang 5 zum Flansch 4 hin. Dadurch wird beim Kaltumformen des Rohlings 1 gewährleistet, daß der Übergangsbereich von Schaft 3 zum Flansch 4 ausreichende Werkstoffstärke behält.

Eine Vorrichtung zum Kaltumformen des Rohlings 1 in einen Kommutatorring 2 ist als mehrteiliges Umformwerkzeug für einen Arbeitsgang ausgebildet. Es hat eine untere Halteplatte 6, auf der ein Dorn 7 mit seinem Bund 8 befestigt ist. Der Dorn 7 hat einen Führungsabschnitt 9, welcher durch eine Bohrung 10 einer mittleren Halteplatte 11 ragt. Die Halteplatte 11 sitzt zunächst auf dem Bund 8 des Doms 7 im Bereich des Führungsabschnittes 9. An den Führungsabschnitt 9 schließt sich ein Endabschnitt 12 kleineren Durchmessers an. Auf dem Endabschnitt 12 des Doms 7 ist ein zweiteiliger Stempel 13, 14 befestigt. Er besteht aus der Stempelplatte 13, welche auf der Stirnseite 15 des Führungsabschnittes 9 liegt. Auf der Stempelplatte 13 sitzt der buchsenförmige Stempel 14 An der" Stempel 14 liegt noch die ebenfalls auf dem Endabschnitt 12 des Dorns 7 angeordnete Kalibriervorrichtung in Form von zwei Kalibrierringen 16 an. D'e Stempel 13, 14 und die Kalibrierringe 16 sind durch eine auf den Endabschnitt 12 geschraubte Mutter 17 in Längsrichtung und durch eine Nut-Feder-Verbindung drehfest auf dem Endabschnitt 12 des Dorns 7 gehalten.

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Die Stempelplatte 13 ist an ihrem Außenmantel mit Flansch 4 des Rohlings reduziert und zwischen die Zähgleichmäßig verteilten radialen Zähnen 18 versehen ne 24 der Preßform 21,24 gepreßt wird, bis die Matrize (F i g. 4). Die Zähne 18 sind am Ende ihrer dem Stempel 28 ,nit ihrer Unterseite 38 auf der Stirnseite 25 der Bcfc-14 zugewandten Seite mit einer Schräge 19 versehen. stigungsplatte 21 der Preßform liegt. Dann ist der Ar-Der Stempel 14 hat ebenfalls an seinem Außenmantel 5 beitshub des Umformwerkzeugs beendet. Die zwischen gleichmäßig verteilt angeordnete Zähne 20 (F i g. 3). Sie die Zähne 20 und 18 gepreßten Schaft- und Übergangs- ' fluchten in axialer Richtung mit den Zähnen 18 der abschnitte des Rohlings 1 sind zu Segmenten 39 des Stempelplatte 13. Lediglich der Außendurchmesser des Kommutatorrings 2 (F ig. 8 und 9) umgeformt, die durch Stempels 14 ist etwas kleiner als der der Stempelplatte dünne Stege 40 zwischen den Ausbuchtungen 32 und 13 und erstreckt sich bis in den Bereich der Schräge 19. 10 den Enden der Zähne 20 verbunden und durch die von Die Kalibrierringe 16 haben einen Außendurchmesser, den Zähnen 18, 20 des zweiteiligen Stempels 13, 14 gcder größer ist als der Durchmesser des Zahngrundes des bildeten Segmentteilnuten 41 getrennt sind. Der /,wi- ^₁ zweiteiligen Stempels 13,14. sehen die Zähne 24 der Preßform gepreßte Flansch 4 fS

An der Oberseite der mittleren Halteplatte 11 ist eine des Rohlings 1 ist zu Anschlußfahnen 42 umgeformt, die % Preßform befestigt (F i g. 2 und 4). Sie besteht aus einer 15 durch dünne Stege 43 zwischen den Ausbuchtungen 35 ^ Befestigungsplatte 21 mit einer Mittelbohrung 22, von des zweiten konischen Abschnitts 34 und dem oberen -»- der in gleichmäßigem radialen Abstand Schlitze 23 aus- Rand der Zähne 24 der Preßform verbunden und durch gehen, und aus nach außen abgeschrägten Zähnen 24, von den Zähnen 24 in der Stirnseite des Flansches 4 von denen je einer durch einen Schlitz 23 ragt und an geformte Fahnenteilnuten 44 getrennt sind. Dabei ge- ^ der Stirnseite 25 der Befestigungsplatte 21 vorsteht. Der 20 hen die Segmentteilnuten 41 im Bereich der Zähne 18, Fuß 26 der Zähne 24 ist zwischen die mittlere Halteplat- 19 der Stempelplatte 13 in die Fahnenteilnuten 44 über, te 11 und die Befestigungsplatte 21 geklemmt. Die Stirn- Bei einem ersten Abschnitt des Rückhubs des Umseite 15 des Führungsabschnittes 9 des Doms 7 und die formwerkzeugs werden die mittlere und die obere Hai-Stirnseite 25 der Befestigungsplatte 21 der Zähne 24 der teplatte 11 bzw. 27 vom Dorn 7 bewegt. Der Kommuta-Preßform liegen zunächst ebenfalls in einer Ebene. 25 torring 2 nach F i g. 8 und 9 bleibt dabei zwischen der

In einer oberen Halteplatte 27 ist eine Matrize 28 Preßform 21, 24 und der Matrize 28 festgehalten. Beim

untergebracht (Fig. 2. 5 und 6). Sie hat eine Mittelboh- Abheben der Werkzeugteile 11, 21, 24, 27, 28 mit dem

rung 29, deren oberster Abschnitt 30 eine glatte Innen- Kommutatorring 2 (F i g. 10) vom Dorn 7 mit demStem-

wand hat. Daran schließt sich ein Reduzierabschnitt 31 pel 13,14 undden beiden Kalibrierringen 16 pressen die

mit einem längsgeriffelten Profil, dessen Ausbuchtun- 30 Kalibrierringe 16 die inneren Enden 45 der Segmente 39

gen 32 jeweils den selben Winkelabstand wie die Zähne schwalbenschwanzförmig auseinander und bilden somit *

18 und 20 des zweiteiligen Stempels 13, 14 und der die Verankerungsmittel an den Segmenten 39(Fig. 11). '

Schlitze 23 mit den Zähnen 24 der Preßform haben und Im zweiten Abschnitt des Rückhubs (F i g. 12) bleibt die

mit diesen fluchten. Der Reduzierabschnitt 31 geht in mittlere Halteplatte 11 mit der Preßform 21, 24 stehen,

einen sich erweiternden steilen, konischen Abschnitt 33 35 während die obere Halteplatte 27 mit der den Kommu-

über. der eine wiederum glatte Oberfläche hat. An den tatorring 2 haltenden Matrize 28 weiter angehoben

konischen Abschnitt 33 schließt sich ein sich stark er- wird. Der Auswerfer 37 bewegt sich dabei durch die

weiternder zweiter konischer Abschnitt 34 an, der eben- Matrize 28 auf den Kommutatorring 2 zu und schiebt

falls mit Ausbuchtungen 35 versehen ist, welche mit den ihn aus der Matrize 28.

gegenüberliegenden Zähnen 24 der Preßform fluchten. 40 Danach nehmen die obere und die mittlere Halteplat-

An den zweiten konischen Abschnitt 34 grenzt ein te 11 und 27 mit der Preßform 21,24 bzw. der Matrize 28

schmaler Einführungsabschnitt 36. wieder die Eingabestellung ein.

Ein Auswerfer 37 ist in der oberen Halteplatte 27 Der Kommutatorring 2 wird danach in an sich begeführt. Er ist in die Mittelbohrung 29 der Matrize be- kannter und nicht näher dargestellter Weise mit einer wegbar. 45 Isoüerstoffnabe versehen, in der die Segmente 39 mit

In der in F i g. 2 gezeigten Stellung nimmt das Um- ihren schwalbenschwanzförmigen Enden 45 verankert

formwerkzeug seine Eingabestellung ein. Die obere sind. In ebenfalls an sich bekannter und nicht näher

Halteplatte 27 ist mit einem Abstand, der größer als die dargestellter Weise werden dann die Segmente 39 durch

Höhe des Rohlings 1 ist, über dem Endabschnitt 12 des Entfernen der Stege 40 und 43 getrennt und in den

Dorns 7 gehalten. Die mittlere Halteplatte 11 liegt auf 50 Anschlußfahnen 42 Fahnenschlitze ausgebildet und so-

dem Bund 8 des Dorns 7. Dabei liegen die Stirnseite 15 mit der Kommutator fertiggestellt

des Dorns 7 mit der anliegenden unteren Stirnseite der

Stempelplatte 13 sowie die Stirnseite 25 der Befesti- Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

gungsplatte 21 in einer Ebene, von der die Zähne 24 in '

Richtung auf die Matrize 28 vorstehen. Die Oberkante 55

der Zähne 24 bildet die Aufnahmeebene für den Rohling '

1, dessen Flansch 4 beim Eingeben in das Umformwerk- ; zeug auf den Zähnen liegt

Beim Arbeitshub wird die mit der oberen Halteplatte

27 auf den Rohling 1 zubewegte Matrize 28 über den 60

Rohling 1 geschoben. Die Matrize 28 preßt mit ihrem ,, Reduzierabschnitt 31 den Schaft 3 des Rohlings 1 zwischen die Zähne 20 des Stempels 14 und in die Ausbuchtungen 32, während mit dem steilen konischen Abschnitt

33 der Matrize 28 der Obergang 5 des Rohlings 1 eben- 65 ^γ

falls zwischen die Zähne 20 des Stempels 14 und zwi- ^:; sehen die Zähne 18 der Stempelplaite 13 gepreßt wird
und mit dem flachen zweiten konischen Abschnitt 34 der

Claims

32 Ol 027 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Kommutatorringes mit einer Vielzahl von Segmenten mit Anschlußfahnen und sich über die ganze Segmentlänge in Umfangsrichtung erstreckenden Verankerungsmitteln durch Kaltumformen eines Rohlings in Form einer an einem Ende mit einem Flansch versehenen Hülse, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling einen am Schaftmantel konisch erweiterten Übergang zum Flansch hin hat, in einem einzigen Arbeitsgang durch Reduzieren und Fließpressen in einen Kommutatorring umgeformt wird, indem Segmente mit Anschlußfahnen durch Ausbilden einer Vielzahl von Segmentteilnuten im Schaft und mit ihnen verbundenen Fahnenteilnuten im Flansch beim Arbeitshub des Umformwerkzeugs und Verankerungsmittel an der Innenseite der Segmente im ersten Abschnitt des Rückhubs des Umformwerkzeugs angeformt werden und im zweiten Abschnitt des Rückhubs das Um formwerkzeug geöffnet und danach der Kommutatorring ausgeworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausbilden der Vielzahl von sich längs in einer Innenwand des Rohlings erstreckenden Segmentteilnuten und der Vielzahl von mit den Segmentteilnuten verbundenen, sich radial in der Stirnseite des Flansches des Rohlings erstreckenden Fahnenteilnuten durch Pressen einer Matrize über den Außenumfang des Schaftes und zusätzliches Fließpressen seines konischen Überganges um einen zum Formen der Segmenteilnuten ausgebildete Zähne aufweisenden Stempel und durch gleichzeitiges Pressen der Matrize auf den Flansch zum Pressen des Flansches auf eine zum Formen der Fahnenteilnuten in der Stirnseite des Flansches ausgebildete Vorsprünge aufweisende Preßform erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anformen der Verankerungsmittel am inneren Ende der Segmente im ersten Abschnitt des Rückhubes durch Abheben des zwischen einer Matrize und einer Preßform gehaltenen Rohlings von einem feststehenden Stempel mittels einer Kalibriervorrichtung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die aus wenigstens einen auf einem den Stempel tragenden, feststehenden Dorn angeordneten Kalibrierring bestehende Kalibriervorrichtung im ersten Abschnitt des Rückhubs durch Abheben des zwischen Matrize und Preßform gehaltenen Rohlings vom Stempel die inneren Enden der Segmente schwalbenschwanzförmig umgeformt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim zweiten Abschnitt des Rückhubs zum Auseinanderbewegen der Matrize und Preßform aufnehmenden Werkzeugteile lediglich das die Matrize haltende Werkzeugteil von dem die Preßform tragenden Werkzeugteil wegbewegt wird, wobei durch das die Matrize haiiende Werkzeugieii ein sich in die Matrize erstreckender Auswerfer ragt und den Kommutatorring aus der Matrize schiebt.

Stand der Technik