WO1990004864A1 - Verfahren und vorrichtung zum verbinden von ankerwicklungsdrähten mit den lamellen eines hakenkollektors - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum verbinden von ankerwicklungsdrähten mit den lamellen eines hakenkollektors Download PDF

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collector
hook
hooks
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Lothar Nuss
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Stapla Ultraschall-Technik Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/32—Connections of conductor to commutator segment
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K13/00—Structural associations of current collectors with motors or generators, e.g. brush mounting plates or connections to windings; Disposition of current collectors in motors or generators; Arrangements for improving commutation
    • H02K13/04—Connections between commutator segments and windings
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    • Y10T29/49009—Dynamoelectric machine
    • Y10T29/49012—Rotor

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electrically conductive and mechanically strong connection of armature winding wires to the slats of a hook collector, in which the wires laid around the hooks of the collector slats during the winding process without stripping are fixed by bending the hooks and the free ones The ends of the hooks are connected to the associated collector lamellae by ultrasonic welding.
  • the invention also includes devices which are particularly suitable for carrying out the method, with a sonotrode which can be moved relative to the hook collector for bending the hooks and ultrasonically welding the hook ends with the collector lamellae.
  • the collector lamellae are to be rolled out on a contacting pool of a sonotrode and / or vice versa, as a result of which both the enamel insulation of the armature winding wires flake off during the welding process and at the same time a mechanical connection between hooks and slats should be created by ultrasonic welding.
  • the desired peeling off of the lacquer insulation layer does not take place uniformly and / or completely, so that this method does not lead to reproducible electrical connections on the individual lamellae of a collector, as a result of which it is not suitable for the mass production of collectors because of the high scrap rate.
  • a method has also already been proposed (DE-OS 24 16 411) in which, in order to produce an electrically conductive and mechanical connection between the lamellae of a hook commutator and armature winding wires, the insulation on the wire loops is first removed before it is pulled around the Hooks are placed. The hooks are then bent over and press welded to the fin ends.
  • the partial removal of the lacquer insulation from the wire loops before they are attached to the hook is a complex work step that has to be carried out for each wire loop.
  • the lamella ends are alternately arranged on different levels, which further increases the cost of manufacturing such collectors.
  • the present invention has for its object to provide a method by means of which good electrically conductive connections to the armature winding wires can be achieved on all slats of a hook collector, without the slat ends having to be arranged in different planes to avoid short circuits.
  • the problem is solved, starting from the genus described at the outset, according to the invention by a method which is characterized in that, before the hooks are bent, the lacquer insulation layer at the locations of the hooks is at least partially destroyed thermally and / or mechanically, and that the residues or residues of the lacquer insulation layer when the hook is bent under the action of ultrasound are at least partially removed from the wire surfaces intended for contact with the inner surface of the hook by the ultrasonic vibrations before the hook ends are welded to the collector lamellae.
  • the thermal and / or mechanical destruction of the lacquer insulation layer on the wires already placed around the hooks of the collector lamellae avoids previous stripping steps and, on the other hand, the stripping is spatially restricted to the areas of the wires placed around the hooks, so that short circuits between adjacent wires are excluded despite the arrangement of the wire loops with the same radial distances from the axis of rotation of the collector.
  • the residues or residues of the coating insulation layer which occur during the thermal and / or mechanical destruction of the coating insulation layer are displaced or removed from the contact area under the action of ultrasound before the hooks are completely bent over and welded at their ends to the collector lamellae. In this way constant metallic contact surfaces between the lamellae and hooks on the one hand and the associated wire surfaces.
  • the method is advantageously carried out in such a way that the residues or remnants of the lacquer insulation layer, insofar as they are not completely removed, when bent by means of the ultrasonic vibrations into a
  • the wedge-shaped space formed on the inside of the hook and the surface of the lamellae are displaced. This results in defined zones of metallic contact between the wires, the inside surface of the hook and the lamella surface on each hook.
  • the method is expediently carried out in such a way that the lacquer insulation layer is acted on thermally and / or mechanically to at least partially destroy the lacquer insulation layer approximately in the longitudinal direction of the collector by the distances between the hook ends and the lamella surface. In this way, sufficiently large surface areas of the wires can be reliably freed from the coating insulation layer.
  • the coating insulation layer can be at least partially removed by contacting a highly heated body with the wires. But also by flaming or inflating highly heated air on the wires there is an effective attack on the coating insulation layer. Burning off the lacquer insulation layer by means of a laser beam is also possible. Finally, it is also possible to simultaneously inductively heat all of the wires of a collector at the locations of the hooks, as a result of which the lacquer insulation layer on all hooks is attacked simultaneously.
  • the lacquer insulation layer which is brought about by mechanical means.
  • the lacquer insulating layer can also be removed by brushing off the wires at the desired locations.
  • the method can also be carried out so that d
  • the coating insulation layer is attacked in addition to the thermal processes described or exclusively by blasting the wires with fine solid particles. It goes without saying that if mechanical methods are additionally used, these are expediently brought into effect following the thermal methods.
  • the device is advantageously designed such that an inductively or electrically heatable ring is arranged concentrically to the hook collector and at a radial distance from it, which is arranged on a holder which is displaceably guided parallel to the axis of the hook collector is fastened.
  • the arrangement of the device is advantageously such that at least one burner or hot air nozzle or at least a distance from it on the circumference of the collector.
  • a laser head is arranged, the beam direction of which forms an acute angle with the collector axis and meets the wires placed around the hooks.
  • the device is advantageously designed such that a ring with a steel bristle or the like is arranged concentrically to the hook collector and at a radial distance therefrom, which is attached to a ring around the axis of the Hook collector rotatable and parallel movable holder is attached.
  • the device design for the destruction of the varnish insulating layer by blasting the wires with fine solid particles is advantageously characterized in that at least one jet nozzle for ejecting fine solid particles is arranged at a high speed on the circumference of the collector and the jet direction thereof is aligned with the Collector axis forms an acute angle and hits the wires placed around the hooks.
  • an advantageous device variant provides that an induction coil is provided concentrically to the hook collector and at a radial distance from the hooks, the induction coil and the hook collector being axially displaceable relative to one another are arranged.
  • the axially displaceability enables a relative displacement between the induction coil and the hook collector, so that after the wire loops have been heated directly by induction, the hooks for the attack of the sonotrode are exposed.
  • FIG. 1 shows the section shown broken off through a collector lamella corresponding to line II-II in FIG. 1,
  • FIG. 1 shows a broken longitudinal section through a collector lamella with an induction coil
  • Fig. 11 is a perspective view of a
  • Anchor with collector and a rotatable sonotrode opposite the collector.
  • the collector 1 shown in FIG. 1 has a plurality of lamellae 2 located at equal distances in its cylinder circumferential surface, a hook 3 being formed on one end thereof.
  • the hooks 3 are initially coincident in a bent position, as shown in FIGS. 1 to 9.
  • the bent position enables the hooks 3 to be looped around with the armature winding wires 5.
  • the lacquer insulation layer 6 located on the armature winding wires 5 is at least partially destroyed thermally and / or mechanically at the locations of the hooks 3 .
  • the lacquer insulation layer acts approximately in the longitudinal direction of the collector T through the distances, which are located between the ends of the hooks 3 and the surfaces of the slats 2.
  • a ring 7 is arranged concentrically to the collector 1 and with a radial spacing forming a gap to the collector circumferential surface, which ring is fastened to a holder 8 which can be moved parallel to the axis of the collector 1.
  • the ring 7 can by inductive z. B. heated up to red heat. If the ring 7 heated in this way is brought into contact with the armature winding wires 5 inserted into the hooks 5, as indicated in FIG. 3, the lacquer insulating layer 6 is thermally damaged at the points of contact and in the immediate vicinity so that in this area it detaches from the wires. In this case, the thermal action takes place simultaneously for all hooks 3 or the armature winding wires 5 inserted in the hooks. At the same time as contacting the ring 7 with the wires, a relative rotation between the collector 1 and the
  • Ring 7 can be provided, whereby at the same time it is also mechanically scraped onto the lacquer insulation layer at the points in question.
  • At least one burner or hot air nozzle 9 is fixedly arranged on the circumference of the collector T and at a distance from it, from which a flame 10 or highly heated air can be brought out which the lacquer insulation layer 6 within the hook 3 is removed from the armature winding wires 5.
  • the collector 1 rotates about its axis in order to bring all the wires in the hook 3 into contact with the flame 10 or the hot air evenly.
  • 5 shows a similar device, in which, however, a laser head T1 is arranged instead of a burner or hot air nozzle, from which a laser beam 12 emerges directed onto the armature winding wires 5 inserted into the hooks 3.
  • the laser head 11 is arranged in a stationary manner, while the collector 1 is provided for rotation about its axis.
  • an induction coil 13 is provided concentrically to the collector 1, which has a radial distance to the hooks 3 on all sides, i.e. this does not affect.
  • a relative rotation does not have to be provided between induction coil 13 and collector 1, however, induction coil 13 and collector 1 must be arranged such that they can be displaced relative to one another in the axial direction, so that after the induction heating of the armature winding located in hooks 3 wires 5 the hooks 3 can be exposed for sonotrode attack.
  • the lacquer insulating layer 6 is thermally damaged so that a metallic contact between the hook lamellae and the wires can be brought about in the subsequent operations.
  • a ring 14 is provided concentrically with the collector 1 and at a radial distance therefrom, the ring being bristled with steel bristles 15 or the like on its circumference. is busy.
  • the ring 14 and the collector 1 can be axially displaced relative to one another and, in addition, a relative rotation can be brought about between the ring 14 and the collector 1 in order to carry out the brushing process.
  • the ring 14 is attached to a holder 16.
  • the device shown in FIG. 8 is similar to that which has been described with reference to FIGS. 4 and 5.
  • a jet nozzle 17 is arranged on the circumference of the collector 1 and at a distance from it so that the jet of fine solid particles 18 emerging from it strikes the wires 5 placed around the hooks 3.
  • the device is designed in such a way that a relative rotation between the jet nozzle 17 and the collector 1 is possible. If the jet nozzle 17 is arranged stationary, the collector 1 must be rotatable about its axis.
  • a plurality of jet nozzles 17 can also be provided distributed on the circumference of the collector 1.
  • the hooks 3 are bent in succession on the collector 1 with simultaneous exposure to ultrasound as a second process step.
  • the sonotrode of an ultrasonic welding device is used as a bending tool.
  • FIG. 9 shows a sonotrode 19, on which there are, for example, two different projections 20 and 2t, which are responsible for the shape of the hooks 3 being bent.
  • a sonotrode 19 On which there are, for example, two different projections 20 and 2t, which are responsible for the shape of the hooks 3 being bent.
  • Immediately by placing one of the projections 20 or 21 on the hook 3 which is still open transmit the ultrasonic vibration of the sonotrode T9 to the hook 3 and, with increasing bending, also to the armature winding wire 5 lying in the hook 3.
  • the residues or remnants of the thermally and / or mechanically at least partially destroyed lacquer insulation layer are destroyed by the high-frequency vibrations removed the electrical contact provided surfaces of the Ankenvicklungs wire 5 and stored in a wedge-shaped space 22, which is formed during the bending process between the wire 5, the inner surface of the hook 3 and the surface of the lamella 2.
  • the bending process is essentially completed when the hook 3 strikes the surface of the collector plate 2 with its
  • the latter is finally brought into the final shape shown in FIG. 9 by ultrasonically welding the hook end to the surface of the lamella 2.
  • the armature nickel wire 5 which is also somewhat deformed by the contact pressure, is wrapped over a considerable circumferential area by the hook 3 to form a reliable electrical contact.
  • the second process step of bending the hook 3 under the action of ultrasound and the third process step of welding the hook end to the collector lamella 2 follow one another directly overlapping in time.
  • FIG. 10 shows that in addition to the wedge-shaped space 22 ', a corresponding gap arrangement 24 of the sonotrode 19 during the bending and welding process results in a further gap space 24 between the
  • Wire 5 the inner surface of the hook 3 and the surface of the lamella 2 can be formed, in which residues or remnants of the lacquer insulation layer are also displaced during bending. Also in this c all arises secure metallic contact between the lamella and the hook 3 on the one hand and the armature winding wire 5 on the other.
  • the sonotrode 19 rotatable about its axis is provided with a cylindrical sonotrode head 25, the circumferential surface 26 of which is intended for rolling on the cylindrical circumferential surface of the collector 1.
  • the circumferential surface 26 there are recesses 27 at regular intervals, which are assigned to the hooks 3 of the collector 1 in such a way that the hooks 3 are received in the recesses 27 when the rolling is carried out by carrying out the described bending and welding process.

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden und mechanisch festen Verbindung von Ankerwicklungsdrähten mit den Lamellen eines Hakenkollektors, bei welchem die beim Wickelvorgang ohne Abisolieren um die Haken der Kollektorlamellen gelegten Drähte durch Umbiegen der Haken festgelegt und die freien Enden der Haken durch Ultraschallschweißen mit den jeweils zugehörigen Kollektorlamellen verbunden werden, ist zur Verbesserung des elektrisch leitenden Kontaktes zwischen den Ankerwicklungsdrähten und den Kollektorlamellen vorgesehen, daß vor dem Umbiegen der Haken die Lackisolierschicht an den Stellen der Haken in einem ersten Verfahrensschritt thermisch und/oder mechanisch mindestens teilweise zerstört wird, worauf in einem zweiten Verfahrensschritt die Rückstände bzw. Reste der Lackisolierschicht bei dem unter Ultraschalleinwirkung erfolgenden Umbiegen der Haken von den für den Kontakt der Innenfläche der Haken bestimmten Drahtflächen durch die Ultraschallschwingungen mindestens teilweise entfernt werden, bevor in einem dritten Verfahrensschritt schließlich das Verschweißen der Hakenenden mit den Kollektorlamellen vorgenommen wird. Es werden auch unterschiedlich ausgestaltete Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Ankerwick¬ lungsdrähten mit den Lamellen eines Hakenkollektors
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstel¬ lung einer elektrisch leitenden und mechanisch festen Ver¬ bindung von Ankerwicklungsdrähten mit den Lamellen eines Hakenkollektors, bei welchem die beim Wickelvorgang ohne Abisolieren um die Haken der Kollektorlamellen gelegten Drähte durch Umbiegen der Haken festgelegt und die freien Enden der Haken durch Ultraschallschweißen mit den jeweils zugehörigen Kollektorlamellen verbunden werden. Die Erfin¬ dung schließt auch zur Verfahrensdurchführung besonders ge- eignete Vorrichtungen mit einer relativ zum Hakenkollek¬ tor bewegbaren Sonotrode zum Umbiegen der Haken und Ultra¬ schallschweißen der Hakenenden mit den Kollektorlamellen ein.
Die bereits vorgeschlagene Herstellung einer soλvohl elek- trisch leitenden als auch mechanisch festen Verbindung von
Figure imgf000003_0001
mit den Lamellen eines Kollektors durch Ultraschallschweißen (DE-OS 27 39 730, DE-OS 30 17 426) ist besonders wegen der damit erzielbaren thermisch schonen¬ den Behandlung des Kollektors vorteilhaft, jedoch ist es mit den vorgeschlagenen Verfahren bisher nicht gelungen, reproduzierbare elektrische Verbindungen zwischen den Anker¬ wicklungsdrähten und den Kollektorlamellen herzustellen. Es hat sich vielmehr gezeigt, daß mit den bekannten Verfah¬ ren eine von—Lamelle zu Lamelle gleichbleibend gute elek- trische Verbindung nicht möglich ist, weil die Drahtisolie¬ rung oder Isolierungsreste zum Teil beträchtliche Uber- gangswiderstände ergeben und Schlechtestenfalls eine elek¬ trische Verbindung völlig ausschließen. Bei einem der bekannten Verfahren (DE-OS 30 17 426) sollen die Kollektorlamellen auf einer Ko taktierungs lache einer Sonotrode abgerollt werden und/oder umgekehrt, wodurch beim Sclweißvorgang sowohl die Lackisolierung der Anker- wicklungsdrähte abplatzen und gleichzeitig eine mechani¬ sche Verbindung zwischen Haken und Lamellen durch Ultra¬ schallschweißen entstehen soll. Das gewünschte Abplatzen der Lackisolierschicht erfolgt jedoch nicht gleichmäßig und/oder vollständig, so daß dieses Verfahren nicht zu reproduzierbaren elektrischen Verbindungen an den einzel¬ nen Lamellen eines Kollektors führt, wodurch es wegen hoher Ausschußrate nicht für die Massenfertigung von Kollektoren geeignet ist.
Es wurde auch schon ein Verfahren vorgeschlagen (DE-OS 24 16 411), bei welchem zum Herstellen einer elektrisch leitenden und mechanischen Verbindung zwischen den Lamel¬ len eines Hakenkommutators und Ankerwicklungsdrähten zu¬ nächst die Isolierung an den Drahtschlaufen entfernt wird, bevor sie um die Haken gelegt werden. Anschließend werden die Haken umgebogen und mit den Lamellenenden pressver¬ schweißt. Die partielle Entfernung der Lackisolierung von den Drahtschlaufen vor deren Anbringung an den Haken ist je¬ doch ein aufwendiger Arbeitsschritt, der für jede Draht¬ schlaufe durchzuführen ist. Zur Vermeidung von Kurzschlüssen zwischen benachbarten abisolierten DrahtSchlaufen sind hierbe die Lamellenenden abwechselnd in verschiedenen Ebenen angeordnet, was die Herstellung derartiger Kollektoren weiter verteuert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dessen Hilfe an allen La¬ mellen eines Hakenkollektors gute elektrisch leitende Ver¬ bindungen mit den Ankerwicklungsdrahten erzielt werden, ohne daß zur Vermeidung von Kurzschlüssen die Lamellen¬ enden in unterschiedlichen Ebenen anzuordnen sind. Die gestellte Aufgabe wird ausgehend von der eingangs bezeichneten Gattung erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß vor dem Biegen der Haken die Lackisolierschicht an den Stellen der Haken thermisch und/oder mechanisch mindestens teil¬ weise zerstört wird, und daß die Rückstände bzw. Reste der Lackisolierschicht bei dem unter Ultraschalleinwir¬ kung erfolgenden Umbiegen der Haken von den für den Kon¬ takt mit der Innenfläche der Haken bestimmten Drahtflächen durch die Ultraschallschwingungen mindestens teilweise ent¬ fernt werden, bevor das Verschweißen der Hakenenden mit den Kollektorlamellen vorgenommen wird.
Durch die erfindungsgemäß vorgenommene thermische und/oder mechanische Zerstörung der Lackisolierschicht an die bereits um die Haken der Kollektorlamellen gelegten Drähte werden einerseits vorausgehende Abisolierschritte vermieden und andererseits wird die Abisolierung räumlich im wesentli¬ chen auf die um die Haken gelegten Bereiche der Drähte be¬ schränkt, so daß Kurzschlüsse zwischen benachbarten Drähten trotz Anordnung der Drahtschlaufen mit gleichen Radial¬ abständen zur Kollektordrehachse ausgeschlossen sind. Die bei der thermischen und/oder mechanischen Zerstörung der Lackisolierschicht anfallenden Rückstände bzw. Reste der Lackisolierschicht werden beim Biegen unter Ultra- schalleinwirkung aus dem Kontaktbereich verlagert bzw. entfernt, bevor die Haken vollständig umgebogen und an ihren Enden mit den Kollektorlamellen verschweißt werden. Auf diese Weise
Figure imgf000005_0001
gleichbleibende metallische Kon¬ taktflächen zwischen den Lamellen und Haken einerseits und den zugeordneten Drahtflächen erzielt.
Vorteilhaft wird das Verfahren so durchgeführt, daß die Rückstände bzw. Reste der Lackisolierschicht, soweit sie nicht vollständig entfernt werden, beim Umbiegen mittels der Ultraschallschwingungen in einen zwischen Draht, Hakeninnenfläche und Lamellenoberfläche gebildeten keil¬ förmigen Raum verlagert werden. Damit ergeben sich defi¬ nierte Zonen metallischen Kontakts zwischen den Drähten, der Hakeninnenfläche und der Lamellenoberfläche an jedem Haken.
Zweckmäßig wird das Verfahren so durchgeführt, daß zur mindestens teilweisen Zerstörung der Lackisolierschicht etwa in Längsrichtung des Kollektors durch die Abstände zwischen den Hakenenden und der Lamellenoberfläche hin- durch thermisch und/oder mechanisch auf die Lackisolier¬ schicht eingewirkt wird. Auf diese Weise können ausrei¬ chend große Flächenbereiche der Drähte zuverlässig von der Lackisolierschicht befreit werden.
Für die mindestens teilweise Zerstörung der Lackisolier- schicht durch thermische Einwirkung stehen mehrere vor¬ teilhafte Verfahrensvarianten zur Verfügung. So kann die Lackisolierschicht durch Kontaktieren eines hocherhitzten Körpers mit den Drähten mindestens teilweise beseitigt werden. Aber auch durch Abflammen oder Aufblasen hoch- erhitzter Luft auf die Drähte kommt es zu einem wirksa¬ men Angriff auf die Lackisolierschicht. Auch ein Ab¬ brennen der Lackisolierschicht mittels eines Laserstrahls kommt in Betracht. Schließlich ist es auch möglich, alle Drähte eines Kollektors an den Stellen der Haken gleich- zeitig direkt induktiv zu erhitzen, wodurch die Lackiso¬ lierschicht an allen Haken gleichzeitig angegriffen wird.
Auch für die auf mechanischem Wege herbeigeführte mindestens teilweise Zerstörung der Lackisolierschicht stehen ver¬ schiedene Verfahrensmöglichkeiten zur Verfügung. So kann die Lackisolierschicht zusätzlich zu den beschriebenen thermischen Verfahren oder auch ausschließlich durch Ab¬ bürsten der Drähte an den gewünschten Stellen entfernt werden. Das Verfahren kann aber auch sogeführt werden, daß d Angriff auf die Lackisolierschicht zusätzlich zu den beschriebenen thermischen Verfahren oder ausschließlich durch Abstrahlen der Drähte mit feinen Feststoffυartikeln erfolgt. Es versteht sich, daß bei zusätzlicher Anwen- düng mechanischer Verfahren diese zweckmäßig den thermi¬ schen Verfahren nachfolgend zur Einwirkung gebracht wer¬ den.
Bei einer Reihe der möglichen thermischen oder mechani¬ schen Verfahrensvarianten ist es von Vorteil, wenn zur mindestens teilweisen Zerstörung der Lackisolierschicht die Einwirkung auf die Drähte unter Relativrotation zwi¬ schen den thermisch und/oder mechanisch einwirkenden Mit¬ teln und dem Hakenkollektor um die Achse des Hakenkollek¬ tors erfolgt.
Entsprechend der Anzahl der vorstehend erläuterten Ver¬ fahrensvarianten werden auch mehrere unterschiedlich aus¬ gebildete erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen. Soll die mindestens teil¬ weise Zerstörung der Lackisolierschicht durch Kontaktieren eines glühenden Körpers mit den Drähten vorgenommen worden, so ist die Vorrichtung vorteilhaft so ausgebildet, daß ein induktiv oder elektrisch beheizbarer Ring konzentrisch zum Hakenkollektor und mit radialem Abstand dazu angeord¬ net ist, der an einem parallel zur Achse des Hakenkollek- tors verschiebbar geführten Halter befestigt ist.
Wenn dagegen die Lackisolierschicht durch Abflammen, Auf¬ blasen hocherhitzter Luft oder durch einen Laserstrahl angegriffen werden soll, ist die Anordnung der Vorrichtung vorteilhaft so getroffen, daß am Umfang des Kollektors und mit Abstand dazu mindestens eine Brenner- oder Heiß- luftdüse bzitf. ein Laserkopf angeordnet ist, deren bzw. dessen Strahlrichtung mit der Kollektorachse einen spitzen Winkel bildet und die um die Haken gelegten Drähte trifft. Für die mechanische Zerstörung der Lackisolierschicht durch Abbürsten der Drähte ist die Vorrichtung vorteil¬ haft so ausgebildet, daß konzentrisch zum Hakenkollektor und mit radialem Abstand dazu ein umfänglich mit Stahl- borsten od. dgl. besetzter Ring angeordnet ist, der an einem um die Achse des Hakenkollektors rotierbaren und parallel dazu verschiebbaren Halter befestigt ist.
Die Vorrichtungsausgestaltung für die Zerstörung der Lack¬ isolierschicht durch Abstrahlen der Drähte mit feinen Feststoffpartikeln ist vorteilhaft dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Kollektors und mit Abstand dazu mindestens eine Strahldüse zum Ausstoßen von feinen Feststoffteilchen mit hoher Geschwindigkeit angeordnet ist, deren Strahlrich¬ tung mit der Kollektorachse einen spitzen Winkel bildet und die um die Haken gelegten Drähte trifft.
Wenn die Drähte an den betreffenden Stellen gleichzeitig direkt induktiv erhitzt werden sollen, sieht eine vorteil¬ hafte Vorrichtungsvariante vor, daß eine Induktionsspule konzentrisch zum Hakenkollektor und mit radialem Abstand zu den Haken vorgesehen ist, wobei die Induktionsspule und der Hakenkollektor relativ zueinander axial verlager¬ bar angeordnet sind. Die axiale Verlagerbarkeit ermöglicht eine Relativverschiebung zwischen der Induktionsspule und dem Hakenkollektor, damit nach dem direkten induktiven Erhitzen der Drahtschlaufen die Haken für den Angriff der Sonotrode freigelegt sind.
Weitere Einzelheiten und Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zu seiner Durchführung vorgeschlagenen Vorrichtungen werden nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der schematisch dargestellten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt: 7 -
Fig. 1 die abgebrochen dargestellte Seitenansicht eines Haken¬ kollektors,
Fig den abgebrochen dargestellten Schnitt durch eine Kollektor¬ lamelle entsprechend der Linie II - II in Fig. 1 ,
Fi . einen der Fig. 2 ähnlichen Schnitt durch eine Kollektor¬
10 lamelle und eine Vorrichtung zum Kontaktieren eines glühen¬ den Körpers mit den Drähten,
Fig einen weiteren abgebrochen dargestellten Längsschnitt durch
15 eine Kollektorlamelle mit einer Vorrichtung zum Abflammen oder Aufblasen hocherhitzter Luft,
Fig einen abgebrochenen Längsschnitt durch eine Kollektorlamelle mit
20 einer Laserstrahlvorrichtung,
Fig einen abgebrochenen Längsschnitt durch eine Kollektorlamelle mit einer Induktionsspule,
Fig. einen abgebrochenen Längsschnitt
25 durch eine Kollektorlamelle mit einer Vorrichtung zum Abbürsten der Drähte, Fig. 8 einen abgebrochenen Längs¬ schnitt durch eine Kollektor¬ lamelle mit einer Vorrichtung zum Abstrahlen der Drähte mit feinen Feststoffυartikeln,
Fig. 9 u. 10 jeweils einen abgebrochenen
Längsschnitt durch eine Kollek¬ torlamelle mit gegenüberstehen¬ der Sonotrode in zwei unter- schiedlichen Ausführungsformen und
Fig. 11 eine Perspektivansicht eines
Ankers mit Kollektor und einer dem Kollektor gegenüberstehenden rotierbaren Sonotrode.
Der in Fig. 1 dargestellte Kollektor 1 weist eine Viel¬ zahl von mit gleichen Abständen in seiner Zylinderumfangs- fläche befindlichen Lamellen 2 auf, an deren einem Ende jeweils ein Haken 3 angeformt ist. Die Haken 3 befinden sich zunächst übereinstimmend in einer aufgebogenen Stel¬ lung, wie sie in den Fig. 1 bis 9 dargestellt ist. Die aufgebogene Stellung ermöglicht beim Wickeln des nur in Fig. 11 angedeuteten Ankers 4 das Umschlingen der Haken 3 mit den Ankerwicklungsdrähten 5.
Bevor die Haken 3 in Richtung der Oberfläche der Lamellen 2 unter Ultraschalleinwirkung auf noch zu beschreibende Weise umgebogen werden, wird in einem ersten Verfahrensschritt die auf den Ankerwicklungsdrähten 5 befindliche Lackisolier¬ schicht 6 an den Stellen der Haken 3 thermisch und/oder mechanisch mindestens teilweise zerstört. Hierbei erfolgt die Einwirkung auf die Lackisolierschicht etwa in Längs¬ richtung des Kollektors T durch die Abstände hindurch, die sich zwischen den Enden der Haken 3 und den Ober¬ flächen der Lamellen 2 befinden. Zunächst werden die thermischen Verfahren anhand der entsprechende Vorrich¬ tungen darstellenden Figuren näher beschrieben.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung ist konzentrisch zum Kollektor 1 und mit radialem einen Spalt zur Kollek- torumfangsflache bildenden Abstand ein Ring 7 angeordnet, der an einem parallel zur Achse des Kollektors 1 verschieb¬ bar geführten Halter 8 befestigt ist. Der Ring 7 kann auf induktivem Wege z. B. bis zur Rotglut beheizt werden. Wird der derart aufgeheizte Ring 7 in Kontakt mit den in die Haken 5 eingelegten Ankerwicklungsdrähten 5 gebracht, wie das in Fig. 3 angedeutet ist, so wird die Lackisolierschicht 6 an den Stellen des Kontakts und in unmittelbarer Nach- barschaft dazu thermisch so beschädigt, daß sie sich in diesem Bereich von den Drähten löst. Hierbei erfolgt die thermische Einwirkung gleichzeitig für alle Haken 3 bzw. die in den Haken eingelegten Ankerwicklungsdrähte 5. Gleich¬ zeitig zum Kontaktieren des Ringes 7 mit den Drähten kann eine Relativrotation zwischen dem Kollektor 1 und dem
Ring 7 vorgesehen sein, wodurch gleichzeitig auch mecha¬ nisch abkratzend auf die Lackisolierschicht an den fragli¬ chen Stellen eingewirkt wird.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung ist am Umfang des Kollektors T und mit Abstand dazu mindestens eine Bren¬ ner- oder Heißluftdüse 9 ortsfest angeordnet, aus der eine Flamme 10 oder aber hocherhitzte Luft zum Austritt gebracht werden kann, welche die Lackisolierschicht 6 innerhalb der Haken 3 von den Ankerwicklungsdrähten 5 ent- fernt. Hierbei rotiert der Kollektor 1 um seine Achse, um alle in den Haken 3 befindlichen Drähte mit der Flamme 10 bzw. der Heißluft gleichmäßig in Berührung zu bringen. Aus Fig. 5 geht eine ähnliche Vorrichtung hervor, bei welcher jedoch anstelle einer Brenner- oder Heißluft¬ düse ein Laserkopf T1 angeordnet ist, aus welchem ein auf die in die Haken 3 eingelegten Ankerwicklungsdrähte 5 gerichteter Laserstrahl 12 austritt. Auch in diesem Fall ist der Laserkopf 11 ortsfest angeordnet, während der Kollektor 1 zur Rotation um seine Achse vorgesehen ist.
Bei der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung ist konzentrisch zum Kollektor 1 eine Induktionsspule 13 vorgesehen, die allseits einen radialen Abstand zu den Haken 3 aufweist, d.h. diese nicht berührt. Eine Relativrotation muß in diesem Fall zwischen Induktionsspule 13 und Kollektor 1 nicht vorgesehen werden, jedoch müssen die Induktionsspule 13 und der Kollektor 1 in axialer Richtung relativ zuein¬ ander verlagerbar angeordnet sein, damit nach der Induk¬ tionserhitzung der in den Haken 3 befindlichen Ankerwick¬ lungsdrähte 5 die Haken 3 zum Sonotrodenangriff freige¬ legt werden können. Bei der Induktionserhitzung der Anker- .-/icklungsdrähte, die vornehmlich im Bereich der Haken 3 erfolgt, wird die Lackisolierschicht 6 thermisch so ge¬ schädigt, daß bei den nachfolgenden Arbeitsgängen ein metallischer Kontakt zwischen den Hakenlamellen und den Drähten herbeigeführt werden kann.
Wird der erste Verfahrensschritt der mindestens teilweise Zerstörung der in die Haken 3 eingelegten Ankerwicklungs- drähte 5 mechanisch durchgeführt oder soll zusätzlich zu einer vorausgegangenen thermischen Einwirkung auf die An¬ kerwicklungsdrähte 5 zur Zerstörung der Lackisolierschicht auch noch mechanisch eingewirkt werden, so läßt sich das mit Hilfe der in den Fig. 7 und 8 dargestellten Vorrich¬ tungen durchführen. Gemäß Fig. 7 ist konzentrisch zum Kollektor 1 und mit radialem Abstand dazu ein Ring 14 vor¬ gesehen, der an seinem Umfang mit Stahlborsten 15 od. dgl. besetzt ist. Der Ring 14 und der Kollektor 1 sind relativ zueinander axial verlagerbar und außerdem kann zwischen dem Ring 14 und dem Kollektor 1 eine Relativrotation herbei¬ geführt werden, um den Abbürstvorgang durchzuführen. Der Ring 14 ist an einem Halter 16 befestigt.
Die in Fig. 8 gezeigte Vorrichtung ähnelt denjenigen, die mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 beschrieben worden sind. Eine Strahldüse 17 ist so am Umfang des Kollektors 1 und mit Abstand dazu angeordnet, daß der aus ihr austretende Strahl von feinen Feststoffteilchen 18 auf die um die Haken 3 gelegten Drähte 5 auftrifft. Die Vorrichtung ist so aus¬ gestaltet, daß eine Relativrotation zwischen der Strahl¬ düse 17 und dem Kollektor 1 möglich ist. Wenn die Strahl¬ düse 17 ortsfest angeordnet ist, ist für eine Drehbarkeit des Kollektors 1 um seine Achse zu sorgen. Es können auch mehrere Strahldüsen 17 am Umfang des Kollektors 1 ver¬ teilt vorgesehen sein.
Ist in dem beschriebenen ersten Verfahrensschritt die Lackisolierschicht 6 auf den Ankerwicklungsdrähten 5 an ihren Einlegestellen in die Haken 3 mindestens teilweise thermisch und/oder mechanisch zerstört worden, erfolgt an dem Kollektor 1 nacheinander das Umbiegen der Haken 3 unter gleichzeitiger Ultraschalleinwirkung als zweiter Verfahrensschritt. Zu diesem Zweck wird die Sonotrode einer Ultraschallschweißvorrichtung als Biegewerkzeug verwendet. Zur Erläuterung dieses Vorgangs wird zunächst auf die Fig. 9 und 10 Bezug genommen.
In Fig. 9 ist eine Sonotrode 19 dargestellt, an der sich beispielsweise zwei unterschiedlich gestaltete Vorsprünge 20 und 2t befinden, die für die Umbiegungsform der Haken 3 verantwortlich sind. Sofort mit dem Aufsetzen eines der Vorsprünge 20 oder 21 auf den noch aufgebogenen Haken 3 werde die Ultraschallschwingung der Sonotrode T9 auf den Haken 3 übertragen und mit zunehmender Abbiegung auch auf den im Haken 3 liegenden Ankerwicklungsdraht 5. Dabei werden die Rückstände bzw. Reste der thermisch und/oder mecha- nisch mindestens teilweise zerstörten Lackisolierschicht durch die hochfrequenten Schwingungen von den für den elek¬ trischen Kontakt vorgesehenen Flächen des Ankenvicklungs- drahts 5 entfernt und in einen keilförmigen Raum 22 ver¬ lagert, der beim Biegevorgang zwischen dem Draht 5,der Innenfläche des Hakens 3 und der Oberfläche der Lamelle 2 gebildet ist. Der Biegevorgang ist dann im wesentlichen abgeschlossen, wenn der Haken 3 mit seinem Hakenende auf die Oberfläche der Kollektorlamelle 2 auftrifft.
Bei fortgesetzter Druckeinwirkung des Vorsprungs 20 bzw. 21 der Sonotrode V9 auf den Haken 3 wird dieser unter Ultraschallverschweißung des Hakenendes mit der Ober¬ fläche der Lamelle 2 schließlich in die in Fig. 9 gezeig¬ te endgültige Form gebracht. Wie ersichtlich ist, wird der durch den Anpreßdruck ebenfalls etwas verformte Anker- icklungsdraht 5 über einen erheblichen Umfangsbereich von dem Haken 3 zur Bildung eines zuverlässigen elektri¬ schen Kontakts umschlungen. Der zweite Verfahrensschritt des Umbiegens des Hakens 3 unter Ultraschalleinwirkung und der dritte Verfahrensschritt des Verschweißens des Hakenendes mit der Kollektorlamelle 2 folgen sich zeit¬ lich überlappend unmittelbar aufeinander.
In Fig. 10 ist dargestellt, daß durch entsprechende Anord¬ nung und Gestaltung eines Vorsprungs 23 der Sonotrode 19 beim Biege- und Schweißvorgang zusätzlich zum keilförmigen Raum 22' noch ein weiterer Spaltraum 24 zwischen dem
Draht 5, der Innenfläche des Hakens 3 und der Oberfläche der Lamelle 2 gebildet werden kann, in welchen ebenfalls beim Biegen Rückstände bzw. Reste der Lackisolierschicht verlagert werden. Auch in diesem call entsteht ein sicherer metallischer Kontakt zwischen der Lamelle und dem Haken 3 einerseits und dem Ankerwicklungsdraht 5 andererseits.
Bei der in Fig. 11 gezeigten Anordnung ist die ύm_ ihre Achse drehbare Sonotrode 19 mit einem zylindrischen Sonotrodenkopf 25 versehen, deren Umfangsflache 26 zum Abwälzen auf der zylindrischen Umfangsflache des Kollek¬ tors 1 bestimmt ist. In der Umfangsflache 26 befinden sich in regelmäßigen Abständen Vertiefungen 27, welche den Haken 3 des Kollektors 1 so zugeordnet sind, daß beim Abwälzen die Haken 3 unter Durchführung des be¬ schriebenen Biege- und Schweißvorgangs Aufnahme in den Vertiefungen 27 finden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden und mechanisch festen Verbindung von Ankerwicklungsdrähten mit den Lamellen eines Hakenkollektors, bei welchem die beim Wickelvorgang ohne Abisolieren um die Haken der Kollektorlamellen gelegten Drähte durch Umbiegen der
Haken festgelegt und die freien Enden der Haken durch Ul¬ traschallschweißen mit den jeweils zugehörigen Kollektor¬ lamellen verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Umbiegen der Haken die Lackisolierschicht an den Stellen der Haken thermisch und/oder mechanisch mindestens teilweise zerstört wird, daß die Rückstände bzw. Reste der Lackisolierschicht bei dem unter Ultraschalleinwirkung erfolgenden Umbiegen der Haken von den für den Kontakt mit der Innenfläche der Haken bestimmten Drahtflächen durch die Ultraschallschwingungen mindestens teilweise entfernt werden, bevor das Verschweißen der Hakenenden mit den Kollektorlamellen vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstände bzw. Reste der Lackisolierschicht, soweit sie nicht vollständig entfernt werden, beim Umbiegen mittels der Ultraschallschwingungen in einen zwischen Draht, Haken¬ innenfläche und Lamellenoberfläche gebildeten keilförmigen Raum verlagert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß zur mindestens teilweisen Zerstörung der Lackisolierschicht etwa in Längsrichtung des Kollektors durch die Abstände zwischen den Hakenenden und der Lamel- lenoberfläche hindurch thermisch und/oder mechanisch auf die Lackisolierschicht eingewirkt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die mindestens teilweise Zerstörung der Lackisolierschicht durch Kontaktieren eines hocherhitzten Körpers mit den Drähten vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens teilweise Zerstörung der Lackisolierschicht durch Abflammen oder Aufblasen hocherhitzter Luft auf die Drähte vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens teilweise Zerstörung der Lackisolierschicht durch Abbrennen mitteis eines Laser¬ strahls vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, daß zur mindestens teilweisen Zerstörung der Lackiso¬ lierschicht alle Drähte an den Stellen der Haken gleich¬ zeitig direkt induktiv erhitzt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die mindestens teilweise Zerstörung der Lackisolierschicht zusätzlich oder ausschließlich durch Ab¬ bürsten der Drahte vorgenommen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche T bis 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die mindestens teilweise Zerstörung der Lackisolierschicht zusätzlich oder ausschließlich durch Ab- strahlen der Drähte mit feinen Feststoffpartikeln vorge- nommen wird.
TO. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur mindestens teilweisen Zer¬ störung der Lackisolierschicht die Einwirkung auf die Drähte unter Relativrotation zwischen den thermisch und/oder mecha¬ nisch eimirirkenden Mitteln und dem Hakenkollektor um die Achse des Hakenkollektors erfolgt.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4 mit einer relativ zum Hakenkollektor (1) bewegbaren Sonotrode (19) zum Umbiegen der Haken (3) und
Ultraschallschweißen der Hakenenden mit den Kollektorlamel¬ len (2), dadurch gekennzeichnet, daß ein induktiv oder elek¬ trisch beheizbarer Ring (7) konzentrisch zum Hakenkollek¬ tor (1) und mit radialem Abstand dazu angeordnet ist, der an einem parallel zur Achse des Hakenkollektors verschieb¬ bar geführten Halter (8) befestigt ist.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5, 6 und 10, mit einer relativ zum Hakenkollektor (1) bewegbaren Sonotrode (19) zum Umbiegen der Haken (3) und Ultraschallschweißen der Hakenenden mit den Kollektorlamellen (2) »dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Kollektors (1) und mit Abstand dazu mindestens eine Brenner- oder Heißluftdüse (9) oder ein Laserkopf (11) angeordnet ist, deren bzw. dessen Strahlrichtung mit der Kollektorachse einen spitzen Winkel bildet und die um die Haken gelegten Drähte trifft.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche T bis 8 und 10, mit einer relativ zum Haken¬ kollektor (T) bewegbaren Sonotrode (19) zum Umbiegen der Ha- ken (3) und Ultraschallschweißen der Hakenenden mit den Kollektorlamellen (2), dadurch gekennzeichnet, daß kon¬ zentrisch zum Hakenkollektor (1) und mit radialem Abstand dazu ein umfänglich mit Stahlborsten (15) od. dgl . besetzter Ring (14) angeordnet ist, der an einem um die Achse des Hakenkollektors (1) rotierbaren und parallel dazu verschiebbaren Halter (16) befestigt ist.
T4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 9 und 10, mit einer relativ zum Hakenkollektor (1) bewegbaren Sonotrode (19) zum Umbiegen der Haken (3) und Ultraschallschweißen der Haken¬ enden mit den Kollektorlamellen (2), dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Kollektors (1) und mit Abstand dazu mindestens eine Strahldüse (T7) zum Ausstoßen von fei¬ nen Feststoffteilchen (18) mit hoher Geschwindigkeit angeordnet ist, deren Strahlrichtung mit der Kollektor¬ achse einen spitzen Winkel bildet und die um die Haken (3) gelegten Drähte (5) trifft.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2 und 7 bis 9, mit einer relativ zum Hakenkollektor (1) bewegbaren Sonotrode (19) zum Um¬ biegen der Haken (3) und Ultraschallschweißen der Haken- enden mit den Kollektorlamellen (2) , dadurch gekennzeich¬ net, daß eine Induktionsspule (13) konzentrisch zum Haken¬ kollektor (T) und mit radialem Abstand zu den Haken (3) vorgesehen ist, wobei die Induktionsspule (13) und der Hakenkollektor (1) relativ zueinander axial verlagerbar angeordnet sind.
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