DE2142473A1

DE2142473A1 - Verfahren zur Herstellung eines trag heitsarmen Ankers fur rotierende elektri sehe Maschinen

Info

Publication number: DE2142473A1
Application number: DE19712142473
Authority: DE
Inventors: Kenneth Norman Boulder Col Karol (V St A)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1970-08-26
Filing date: 1971-08-25
Publication date: 1972-03-02
Also published as: US3650021A; GB1315273A; FR2101769A5; JPS475417A; CA931286A

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket BO 970 023

Verfahren zur Herstellung eines trägheitsarmen Ankers für rotierende elektrische Maschinen

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines trägheitsarmen kernlosen Ankers für rotierende elektrische Maschinen, bestehend aus wengistens zwei zu einem Hohlzylinder geformten, zueinander ausgerichteten, miteinander verbundenen Karten, die aus einer Isolierschicht und darauf angeordneten, nebeneinanderliegenden Leiterbahnen, die jeweils eine Wicklungshälfte bilden, bestehen und daß die Karten übereinanderliegend so an- . geordnet sind, daß die Leiterbahnen auf der äußeren und der inneren Oberfläche des Hohlzylinders liegen, daß die Leiterbahnen freie oder von der Isolierschicht nicht bedeckte, als Verbindungsfahnen dienende Enden aufweisen, die mit den gegenüberliegenden Verbindungsfahnen der anderen Karte durch Lötung verbunden sind.

Diese Erfindung hat den Zweck, ein verbessertes Herstellungsverfahren für kernlose Rotoren von elektrischen Maschinen anzugeben, insbesondere für Hohlzylinderanker, deren Wicklung auf einem rohrförmigen, leichten und isolierenden Träger auf dessen innerer und äußerer Oberfläche angeordnet ist.

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Derartige trägheitsarme Anker werden vorzugsweise für elektrische Kleinmotoren verwendet, deren Rotoren sehr schnell beschleunigt und verzögert werden und die auch sehr häufig in ihrer Drehrichtung umgeschaltet werden. Solche Motoren werden beispielsweise zum Antrieb von Magnetbändern in Datenverarbeitungsgeräten verwendet oder als Stell- bzw. Steuerungsglieder in schnell wirkenden Regelungssystemen. Auch als Äaitriebseleroente für Objekte werden sie benützt, wobei diese nicht durch eine zusätzliche große Rotormasse belastet werden können. Trägheitsarme Anker finden auch Verwendung in Tachogenerator©!*.

Da diese Anker, wie bereits erwähnt wurde, schnell beschleunigt und verzögert werden, bestehen außer der Forderung,, daß sie eine geringe Masse aufweisen, zusätzliche Forderungen, z. B._f daß sie stabil sind und aiicli über längers Zeit die starke mechanische Beanspruchung aushalten und daß die Leiterbahnen sich nicht infolge der starken Fliehkräfte vom Träger lösen. Da die Leiterbahnen meistens mit einer sehr großen Stromdichte beansprucht werden, was zur Folge hat, daß der Anker ziemlich heiß wird, besteht weiterhin die Forderung, daß auch bei einer großen Erwärmung die Verbindungen zwischen Träger w&ü. Leiterbahnen erhalten bleiben und daß mechanische Spanniimgen infolge von Temperaturänderungen sich nicht nachteilig auf die Lebensdauer des Ankers auswirken. Anker, die diese Fordenmgen teilweise mehr oder weniger erfüllen, bestehen, wie bereits isekannt ist, aus einem elektrisch isolierenden, zylindrischem Hohlkörper als Wicklungsträger, wobei die Windungen der Wicklung als gedruckte, geätzte oder gestanzte Leiterbahnen auf einer oder beiden Oberflächenseiten dieses Trägers angeordnet sind. Zur Herstellung von Wicklungen bei diesen trägheitsannen Ankern sind zwei grundsätzliche Verfahren bekannt geworden. Bei einem Verfahren wird die Wicklung aus einem Metallblatt, das meistens aus Kupfer besteht, geformt, entweder durch Ätzung oder durch Stanzung, und anschließend wird diese Wicklung auf dem isolierten Träger befestigt. Bei einem anderen Verfahren wird zuerst das metallische Blatt, beispielsweise aus Kupferfolie, auf einem isolierenden Träger befestigt

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bzw. der Träger wird mit einer metallischen Schicht versehen und anschließend wird durch Ätzung das Wicklungsmuster in der metallischen Schicht geschaffen. Diese bekannten Verfahren werden sowohl bei scheibenförmigen als auch zylinderförmigen Ankern angewendet .

Bei diesen trägheitsarmen Ankern sind die Windungen meistens in zwei Hälften aufgeteilt, wobei die Leiterbahnen der einen Windungshälfte auf einer äußeren und die Leiterbahnen der anderen Windungshälftyauf der inneren Mantelfläche des rohrförmigen isolierenden Trägers angeordnet sind. Im mittleren Teil des röhrenförmigen Ankers erstrecken sich die Leiterbahnen der einzelnen Windungshälften, die mit geringem Abstand nebeneinander liegen, im allgemeinen parallel zur Anker-Längsachse. An jedem Endbereich des Ankers kreuzen sich die inneren und die äußeren Leiterbahnen der Windungshälften, so daß jede Windung ein Stück entlang dem Umfang fortschreitet, wie das durch die Anordnung der magnetischen Pole des Motors bedingt ist. An den Stirnseiten des Ankers sind die Enden der Leiterbahnen, die als Verbindungsfahnen dienen, mit den Leiterbahnen der benachbart gegenüberliegenden Wicklungsschicht verlötet, verschweißt oder vernietet.

Durch die Offenlegungsschrift 1 438 333 wurde ein Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen Ankern bekannt, wo die Leiterbahnen auf beiden Seiten eines IsolierstoffZylinders angeordnet sind. Bei diesem Verfahren wird zuerst ein flächenhaftes Leitungsmuster erstellt, das mit einer biegbaren Isolierstoffschicht verbunden wird, dann wird diese Isolierstoffschicht zusammen mit den Leiterbahnen derartig gefaltet, daß die Isolierstoffschicht innen liegt, sodann werden die Enden des gebildeten Leiterbandes sich überlappend derart verbunden, daß ein endloses Band entsteht und schließlich werden die jeweils zu beiden Seiten der Isolierstoffschicht einander gegenüberstehenden Leiterenden durch Tauchlötung verbunden, so daß sich eine fortlaufende endlose elektrische Wicklung auf einem Hohlzylinder ergibt. Dieses bekannte Herstellungsverfahren ist noch umständlich und ist außerdem mit dem Nachteil

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behaftet, daß die Leiterbahnen an den Faltkanten sehr stark beansprucht werden und daß sich an diesen Stellen Leiterbrüche ergeben.

Ein weiterer Nachteil ist, daß eine in axialer Richtung sich erstreckende Stoß- oder Überlappungsstelle gebildet wird, die zu Verdickungen des Ankers, zu einer Unrundheit und einer eventuellen Unwucht führen kann, so daß letztlich ein etwas größerer, radialer Gesamt-Ankerluftspalt erforderlich ist. Das gesamte Herstellungsverfahren ist auch noch zu aufwendig und die danach gefertigten Anker streuen bezüglich ihrer Rundheit und in ihrem Durchmesser.

In der englischen Patentschrift 1 049 616 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Glockenankers angegeben, dessen Ziel es ist, glatte und gleichmäßig runde Ankeroberflächen zu schaffen und die am äußeren Rotormantel angeordneten Ankerleiter so zu befestigen und zu.sichern, daß die durch die Fliehkraft und durch Temperaturänderungen erzeugten Materialspannungen kein Ablösen der Leiterbahnen vom Träger bzw. einen Bruch der Leiterbahnen bewirken können. Bei diesem Verfahren wird eine kreisförmige, mit einem Wellenstumpf versehene Scheibe, die als Träger des Ankerzylinders dient, durch einen zylindrischen Körper verlängert. Auf die Mantelflächen dieser beiden zylindrischen Elemente werden die Leiterbahnen des Wicklungsmusters, die durch Isolierschichten voneinander getrennt sind, aufgebracht, dabei werden die äußeren Leiterbahnen durch ein elastisches Isolierband abgedeckt, über diese unebene Oberfläche wird dann ein Rohr geschoben, dessen Innendurchmesser dem Soll-Außendurchmesser des fertigen Ankers entspricht. Diese Anordnung wird im Vakuum mit einem Isolierlack getränkt. Der vorstehend erwähnte zylindrische Körper hat die Eigenschaft, daß er sich bei Erwärmung stark ausdehnt, und das vorstehend erwähnte Rohr, das zur Kalibrierung des Ankers dient, hat einen sehr kleinen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten.. Bei einer Erwärmung des zylindrischen Körpers drückt dieser infolge seiner radialen Ausdehnung die Wicklung und die

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* Isolierschichten gegen das Kalibrierrohr, wodurch die Unebenheiten beseitigt werden und eine allgemeine Verfestigung der Ankerwicklung erreicht wird. Dabei ist jedoch nachteilig, daß der Teil der Ankerwicklung, der sich auf der kreisförmigen Trägerscheibe befindet, nicht so stark ausgedehnt wird und daß an dieser Stelle keine solch große starke Pressung erfolgt und daß dadurch auch die Haftung des Wicklungskörpers auf der Trägerscheibe vermindert wird.

Ein anderes Verfahren zur Herstellung von trägheitsarmen Ankern ist in der amerikanischen Patentschrift 3 259 768 angegeben, bei dem mit einer Kupferschicht kaschierten Karten, die eine Isolierschicht aufweisen, mit einem Leitungsmuster, das jeweils den Wicklungshälften entspricht, in einem Ätzverfahren versehen werden. Das Wicklungsmuster kann auch aus gestanztem, dünnen Kupferblech bestehen und auf die Isolierschicht geklebt sein. Zur Bildung eines Ankerhohlzylinders werden zwei Karten aufeinandergelegt, diese miteinander verklebt und zu einem Hohlzylinder gerollt, oder es werden zwei einzelne Karten zu Zylindern gerollt und diese werden ineinandergesteckt, zueinander ausgerichtet und miteinander verklebt. Diese Verfahren haben den Nachteil, daß sie noch umständlich sind. Bei dem ersten Beispiel ist die zu wickelnde Schicht ziemlich dick, die schwer zu wickeln ist, außerdem ergeben sich in den Isolierschichten und den Leiterbahnen unerwünschte mechanische Spannungen. Bei dem zweiten Beispiel ist der Zeitaufwand zur Herstellung eines kompakten Ankers ziemlich groß und das Verfahren ist für die Massenfertigung zu umständlich und zu teuer. Bei beiden Beispielen bestehen die Unsicherheiten, daß die Anker nicht genau rund sind. Weitere kostspielige Zeit muß bei beiden bekannten Ausführungsbeispielen zur Verbindung der Leiterbahnen der einzelnen Windungshälften aufgewendet werden. Im ersten Beispiel kann das gestanzte Leitungsmuster mit Verbindungsfahnen versehen sein, die über die Isolierschicht ragen. Nach der Herstellung des Hohlzylinders werden die einander gegenüberliegenden Verbindungsfahnen entweder durch Lötung, Schweißung oder Nietung miteinander verbunden. Beim zweiten Beispiel hingegen er-

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folgt die Verbindung der einander gegenüberliegenden Leiterbahnen zu einer Windung und damit zu einer Wicklung derart, daß die Leiterbahnen durch eine Tauchverzinnung, die die Verbindungsbrücken zwischen den Leiterbahnen bildet, miteinander verbunden werden. Dieses Verfahren erfordert eine sorgfältige manuelle Nacharbeit. Es sind auch Verbindungsverfahren bekannt, bei denen die Verbindungen durch platierte Löcher in den Karten erfolgt. Jedoch sind auch diese Verbindungen zu umständlich, zu teuer und nicht zufriedenstellend .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Herstellungsverfahren für trägheitsarme Anker anzugeben, die rationell für die Massenfertigung mit geringstem Ausschuß billig bei nur wenigen Arbeitsschritten zu fertigen sind. Eine wesentliche Forderung ist, daß die Herstellung der Verbindung von einander gegenüberliegenden Verbindungsfahnen zur Bildung von Windungen Vereinfacht wird, wobei gewährt sein muß, daß die Verbindungsstellen sowohl in ihren elektrischen als auch in ihren mechanischen Eigenschaften von guter Qualität sind. Weitere Forderungen sind, daß der aus wenigstens zwei Karten geformte Anker eine kompakte Einheit bildet, daß der Anker genau rund ist und eine gleichmäßige Oberfläche aufweist und daß der Anker durch Messer an allen Stellen genau und kalibriert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Enden der Verbindungsfahnen bei der Herstellung der Leiterbahnen durch einen Bordstreifen miteiander verbunden werden, daß die Verbindungsfahnen auf ihrer Unterseite mit einem Überzug aus Lotmaterial versehen werden, daß wenigstens bei einer Karte die Rückseite der Isolierschicht mit einem, bei erhöhter Temperatur aktivem und aushärtbarem Klebemittel überzogen wird, daß danach die Karten um einen großen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten aufweisenden zylindrischen Dorn einer Preßform gelegt werden, daß dabei eine Ausrichtung und Fixierung der Karten durch in den Karten und im Dorn miteinander korrespondierende Führungsmittel erfolgt, daß danach dieser Wickel mit wenigstens zwei, einen sehr kleinen Tem-

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peratur-Ausdehnungskoeffizienten aufweisenden Halbschalen der Preßform umgeben wird, daß die Preßform zum Schmelzen des Lotmaterials und zum Aktivieren und Aushärten des Klebemittels erhitzt wird und daß nach der Abkühlung die Bordstreifen abgetrennt werden.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren besteht aus einigen aufeinanderfolgenden, gut zu beherrschenden Fertigungsschritten, welche die Fabrikation erleichtern und eine Senkung der Herstellungskosten bewirken und durch die außerdem die Qualität der Anker erhöht wird. Das neue Herstellungsverfahren enthält als Merkmale die folgend erwähnten Verfahrenssehritte: daß erstens wenigstens zwei Karten erstellt werden, die auf einer Oberflächenseite einer Isolierunterlage mit Abstand nebeneinanderliegende Leiterbahnen aufweisen, welche Wicklungshälften bilden, daß an den Enden der Isolierschicht Ausschnitte oder Abschnitte vorgesehen sind, so daß durch diese die zur Isolierschicht zeigenden Flächen der Leiterbahnen zugänglich sind. Diese blanken Unterseiten der Leiterbahnen, welche als Verbindungsfahnen dienen, werden mit einem Lotmaterial überzogen. In einem zweiten Verfahrensschritt wird wenigstens bei einer Karte die nicht mit Leiterbahnen versehene Rückseite der Isolierschicht mit einem bei erhöhter Temperatur wirkenden Klebemittel versehen. Dann werden die beiden Karten um einen zylindrischen Dorn gelegt, so daß ihre isolierenden Rückseiten aufeinander liegen und sich das Klebemittel dazwischen befindet. Die beiden aufeinanderliegenden Karten werden so zueinander ausgerichtet, daß die Verbindungsfahnen in den Ausschnitten bzw. den Abschnitten an den Enden der Isolierschichten deckungsgleich einander gegenüberliegen. In einem folgenden Schritt wird der Dorn mit den herumgewickelten Karten, der einen Winkel bildet, in eine aus zwei Halbschalen bestehende Preßform eingesetzt, die den umwickelten Dorn vollständig umgibt. Es ist ein Merkmal dieser aus dem Dorn und den Halbschalen bestehenden Preßform, daß der Dorn und die Halbschalen sehr unterschiedliche Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Im folgenden Verfahrensschritt wird die Preßform bzw. der Dorn so weit erhitzt,

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daß das zwischen den Karten befindliche Klebemittel wirksam wird und die Karten fest miteinander verbindet und dabei aushärtet. Durch die sehr unterschiedlichen Ausdehnungen der Formteile (Dorn und Halbschalen) bei der Wärmezufuhr wird auf die beiden Karten ein Druck ausgeübt und sie werden während des Klebeprozesses fest zusammengepreßt. Der so geschaffene, aus zwei Karten bestehende und eine Einheit bildende Anker hat die Form eines Hohlzylinders und er wird nach dem Aushärten des Klebemittels und der Abkühlung der Form aus dieser entnommen. Der Schmelzpunkt des bereits vorstehend erwähnten Lotmaterials ist so gewählt, daß er unter der Temperatur der Preßform bzw. des Dorns liegt, auf die diese während des Klebevorgangs erhitzt werden. Dadurch schmilzt das Lot während des Klebevorgangs und es erfolgt eine Verbindung der zueinander gegenüberliegenden Verbindungsfahnen bzw. der Leiterenden. Durch die gleichzeitige Druckeinwirkung ergeben sich elektrisch und mechanisch gute Verbindungen. Das neue Herstellungsverfahren zur Erzeugung von röhrenförmigen Ankern beruht somit darauf, daß zwei isolierende Windungsträger durch ein Klebemittel in einer Preßform durch Wärmezufuhr unter Einwirkung eines Drukkes zu einer Einheit geformt werden, wobei im gleichen Arbeitsgang auch sämtliche Leiterbahnen bzw. deren Verbindungsfahnen miteinander verbunden werden und die komplette Wicklung erstellt wird.

Das neue Herstellungsverfahren für zylindrische Anker schließt außer den vorstehend erwähnten Verfahrensschritten noch die ergänzenden Verfahrensschritte ein, z. B.: die Erzeugung der Windungshälften auf jeder metallisch beschichteten Karte während diese sich noch in ihrem flachen Zustand befindet, wobei jeder Windungsleiter an seinen beiden Enden in eine Verbindungsfahne übergeht, welche den Wickelkopf bildet und die zur Verbindung mit der anderen Windungshälfte dient, so daß sich letztlich durch diese Verbindung eine in sich geschlossene Wicklung ergibt. Diese als Zwischenverbinder dienende Verbindungsfahnen sind die blanken Unterseiten der Leiterbahnen an den Enden bzw. Ausschnitten der isolierenden Trägerschicht einer Karte. Ein weiterer, nachfolgen-

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der Verfahrenesehritt ist das überziehen der Verbindungsfahnen mit einem lotähnlichen Material an den blanken, zur Isolationsschicht zeigenden Fläche der Leiterbahn. Dieses lotähnliche Material schmilzt und stellt eine Verbindung zur deckungsgleichen, gegenüberliegenden Verbindungsfahne der anderen Karte her, wenn die um den Dorn gewickelten beiden Karten sich in der Preßform befinden und diese oder der Dorn auf eine bestimmte Temperatur erhitzt werden. In einem anderen, vorausgehenden Verfahrensschritt werden die Karten an ihren Rändern mit Zentrierlöchern versehen, die zur gegenseitigen Ausrichtung der Karten und zur Fixierung mit einer Führungseinrichtung auf dem Dorn dienen, so daß die miteinander zu verbindenden Anschlußbahnen deckungsgleich übereinander liegen .

Ein weiterer wichtiger Verfahrensschritt ist das Aufbringen eines Kollektors auf dem röhrenförmigen Anker, das durch einen Platierungsprozeß der Wicklungsleiterbahnen geschieht, bevor die den Anker seitlich begrenzenden Bordstreifen abgetrennt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand von vier Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Von den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer als Ankerbauteil dienenden flachen Karte, die aus einer isolierenden Trägerschicht und darauf angeordneten Leiterbahnen besteht, welche zueinander einen geringen Abstand aufweisen und parallel verlaufen und die Teilstücke der Ankerwicklung bilden. Diese Karte ist, wie die Abbildung zeigt, bereits mit Zentrierlöchern für die Ausrichtung und Fixierung versehen;

Fig. 2 eine andere Ausfuhrungsform einer beschichteten

Karte;

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Fig. 3 in einer perspektivischen Ansicht in auseinandergezogener Darstellung zwei beschichtete Karten in der Ausführung nach Fig. 2, wobei jede Karte auf einer Oberflächenseite jeweils Windungshälften der Ankerwicklung trägt;

Fig. 4 in einer perspektivischen Ansicht in auseinandergezogener Darstellung einen Dorn und die beiden Halbschalen einer Preßform zur Herstellung des röhrenförmigen Ankers.

Die in den Fign. 1 und 2 abgebildeten flachen Karten bestehen aus einer dünnen Isolierschicht 11 und einer darauf fest angeordneten Metallschicht 10. Die als Träger dienende Isolierschicht 11 bestellt vorzugsweise aus einem voll ausgehärteten, Glasfasern enthaltenden Epoxyharz, und die elektrisch leitende Metallschicht

10 kann vorzugsweise aus Kupfer bestehen. In diesem Ausführungsbeispiel wurde für die Metallschicht IO Kupfer mit einer Dicke von 0,13 mm gewählt und für die Isolierschicht 11 eine Dicke von 0,11 mm. Die Karten, die eine längliche, rechteckige Form aufweisen, sind an ihren beiden Endbereichen in der Isolierschicht

11 mit den Abschnitten 12, 13 (Fig. 1) oder, wie in Fig. 2 dargestellt ist, mit den Abschnitten 12, 13 versehen. Die durch die Abschnitte bzw. Ausschnitte 12, 13 freigelegten Teile der Kupferschicht 10 werden später beim Herstellen der Leiterbahnen in Verbindungsfahnen aufgeteilt, die zur Verbindung der einzelnen Windungshälften bei der Wicklungsherstellung dienen. Die Fig. 1 zeigt eine Karte, bei der die beiden Ausschnitte 12, 13 in der Isolierschicht erst nachträglich in die bereits laminierte Karte eingearbeitet wurden. Zweckmäßiger ist es jedoch, wenn die Ausschnitte 12, 13 bereits in der Isolierschicht 11 enthalten sind, bevor diese mit der Metallschicht IO zu einer Karte zusammengefügt werden. Die Fig. 2 zeigt eine einfachere Lösung zur Herstellung der Karten derart, daß die Isolierschicht 11 eine kürzere Länge aufweist als die Metallschicht 10. Diese Isolierschicht 11 und diese Metallschicht 10 werden so zusammengefügt,

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daß die Enden der Metallschicht 10 auf beiden Seiten über die Isolierschicht 11 hervorragen. Es ist wichtig, daß die nicht durch die Isolierschicht 11 abgedeckten und zur Isolierschicht 11 zeigenden Teile metallisch blank bleiben müssen, damit später eine gute und dauerhafte Verbindung zwischen den Verbindungsfahnen zustande kommt.

Zur Herstellung der mit geringem Abstand nebeneinanderliegenden parallelen Leiterbahnen, welche als Windungshälften der Wicklung -dienen, wird die Oberfläche jeder Metallschicht einer Karte mit einem Fotolack versehen, das gewünschte Leitungsmuster wird aufbelichtet und in einem bekannten Ätzverfahren werden die Leiterbahnen erstellt. Zur Herstellung eines rohrförmigen Ankers werden in diesem Ausführungsbeispiel zwei Karten benötigt, wobei die eine Karte die inneren Windungsleiter und die andere Karte die äußeren Windungsleiter der Wicklung trägt. Aus der Fig. 3 ist zu ersehen, daß die Windungsleiter Streifen oder Bahnen bilden, die sich in Längsrichtung über die Karte erstrecken und daß sie einen längeren geraden, zentralen Teil (14) aufweisen, während sie in ihren beiden Endbereichen in schräger Richtung verlaufen, zur Bildung der Kreuzungspunkte bzw. der sogen. Wickelköpfe. Die so abgewinkelten Windungs leiter weisen an ihren Enden ein als Verbindungsfahne 17, 18 bezeichnetes Teilstück auf, das sich wieder in axialer Längsrichtung erstreckt. Alle diese Verbindungsfahnen 17, 18 an den beiden Endseiten einer Karte sind zunächst durch eine gemeinsame Borde 19 der Metallschicht 10 verbunden. Die Borden 19 sind die Enden der Metallschicht 10, die beim vorausgehenden StzVorgang nicht von dem Ätzmittel aufgelöst wurden. Nachdem die Wicklungsleiter erstellt wurden, erfolgt eine Reinigung der Karten zwecks Entfernung des Widerstandlackes, Fett, Schmutz oder anderen Substanzen. Die freien Leiterbahnen einschließlich der blanken Verbindungs fahnen 17 und 18 werden dann auf der zur Isolierschicht 11 gerichteten Seite mit einer Schutzabdeckung versehen, und die nicht abgedeckte Rückseite der Isolierschicht 11 jeder Karte wird dann mit einem bei Wärme wirksamen und abbindenden Klebemittel überzogen. Dieses Klebemittel hat die Eigenschaft,

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daß es bei erhöhter Temperatur eine Klebebindung der beiden mit ihren Rücken aneinanderliegenden Karten bewirkt und daß dieses Klebemittel bei erhöhter Temperatur schnell aushärtet. Die Qualität der Klebeverbindung erhöht sich bei gleichzeitigem Einwirken einer Druckkraft, welche die beiden Karten zusammenpreßt.

Zur Herstellung der Kartenverbindung kann z. B. ein Klebemittel verwendet werden, das bei der ersten Erhitzung bis zu einer bestimmten Temperatur in den thermoplastischen Zustand übergeht und ein«: Klebeverbindung herstellt und anschließend aushärtet, wobei diese Klebeverbindung nach der Aushärtung bei einer erneuten Wärmezufuhr nicht mehr auflösbar ist. Zur Herstellung der Klebeverbindung können die Karten auch an ihren Rückseiten mit einem Epoxyharz überzogen werden, wobei dieses nach der Erwärmung aushärtet und sich im B-Zustand befindet.

Nachdem die Karten auf ihren Rückseiten mit dem Klebemittel überzogen sind, werden sie, wie es in der Fig. 3 abgebildet ist, auf ihr Maß beschnitten, so daß jede der sich in axialer Richtung erstreckenden Kartenkante an einen einzelnen Windungsleiter angrenzt. Die Enden der Karten enthalten, wie bereits erwähnt wurde, die Verbindungsfahnen 17, 18 in den Kreuzungsabschnitten, welche die Wickelköpfe des Ankers bilden. Diese Verbindungsfahnen 17, sind durch nicht abgebildete, schlitzähnliche Öffnungen in der Kupferschicht voneinander beabstandet und sind mit den Bordstreifen 19 an den Kartenenden verbunden, wobei diese Bordstreifen später abgetrennt werden. In den beiden Karten, vorzugsweise in deren Bordstreifen 19, sind zur gegenseitigen Ausrichtung der Karten Positionsmarkierungen oder Teile der Fixierungseinrichtung angeordnet. In diesem Beispiel ist in jedem Bordstreifen wenigstens ein die Metallschicht 10 durchdringendes Zentrierloch 20 vorgesehen. Diese Zentrierlöcher 20 werden später benötigt, wenn die Karten zur Formung eines Hohlzylinders um einen Dorn gebogen werden und sie dienen dann zur Ausrichtung der Karten und zur Fixierung derselben auf dem Dorn 21, so daß die einander zugeordneten Verbindungsfahnen 17, 18 deckungsgleich einander

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gegenüberliegen.

Nach dieser Vorbereitung der beiden Karten werden diese zur Bildung eines Hohlzylinders auf einem zylindrischen Dorn 21, der einen großen Temperatur-Ausdehungskoeffizienten aufweist, übereinanderliegend angeordnet und zwar so, daß die beiden Isolierschichtseiten, die mit einem Klebemittel überzogen sind, aneinanderliegen. Die Karten umgeben den Dorn 21 so, daß ihre Rückseiten aufeinanderliegen. Der Dorn 21 kann beispielsweise aus Aluminium bestehen oder auch aus einem Kunststoff, der Tetrafluoräthylen enthält. Dieser Kunststoffkörper kann in einer Form bereits vorbehandelt und künstlich gealtert sein, so daß seine Abmessungsänderungen, z. B. Ausdehnung oder Zusammenziehung bei den verschiedenen Temperaturzuständen, bestimmbar und bekannt sind. Dieser zylindrische Dorn 21 ist ebenfalls mit Teilen einer Führungseinrichtung versehen, die mit denen auf den Karten korrespondieren. In diesem Beispiel sind in den Dorn 21 an seinen Endbereichen je- ' weils ein aus der Oberfläche herausragender Paßstift 22 eingesetzt. Beim Anordnen der beiden Karten auf dem Dorn 21 werden diese so aufgelegt, daß die Paßstifte 22 die Zentrierlöcher 20 in den Kartenborden 19 durchdringen.

Bei der speziellen Ausführung, wenn der Dorn 21 aus einem Tetrafluoräthylen enthaltenden Kunststoff besteht, ist der Kunststoffkörper mit einer zentralen Öffnung versehen, in die genau passend ein Stahlrohr eingeschoben ist, wobei die Lage des Dorns 21 auf dem Stahlrohr durch zwei an den Endseiten des Dorns befestigten Fixierringen festgelegt ist. Zur Vermeidung, daß in axialer Richtung wirkende Spannungen sich nachteilig auf die miteinander zu verbindenden Karten auswirken, die durch die Längenänderung des Dorns 21 bei einer Temperaturvariation auftreten, kann der Dorn 21 in seiner Länge unterteilt werden, so daß radiale Luftspalte zwischen den Dornteilstücken entstehen, durch die die Längenänderungen eliminiert werden. Bei einer Temperaturerhöhung dehnen sich die Stücke des unterteilten Dorns 21 nicht nur in radialer Richtung, sondern auch in axialer Richtung aus, wobei durch diese

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Längsausdehnung sich die zwischen den Dornstücken liegenden Luftspalte verringern, wodurch auch bei einer Temperaturänderung die Gesamtlänge des Dorns 21 im wesentlichen, wie bei der normalen ümgehungstemperatür, erhalten bleibt.

Der Dorn 21, der an seiner Zylinderoberfläche mit den beiden übereinanderliegenden Karten umgeben ist, wird dann in die beiden Halbschalen, die zusammen mit dem Dorn 21 eine Preßform bilden, eingelegt. Diese beiden Halbschalen 23 bestehen aus einem Material, das nur einen sehr kleinen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten aufweist, z. B. Invar. Das Gesenke der beiden Halbschalen 23 der Preßform ist so gestaltet, daß der Wickel, bestehend aus dem Dorn 21, mit den diesen umgebenden Karten genau hineinpaßt und die Halbschalen 23 sind so gestattet, daß sie den Wickel vollständig umgeben.

Es ist zu beachten, daß die aus dem inneren Dorn 21 und den beiden äußeren Halbschalen 23 bestehende Preßform eine Struktur mit der Eigenschaft aufweist, daß bei einer Erwärmung der Preßform eine in radialer Richtung wirkend© Druckkraft erzeugt wird, durch die eine Zusammenpressung der beider* übereinanderliegenden Karten einschließlich der einander gegenüberliegenden Verbindungsfahnen erfolgt.

Die komplette Preßform, die den Kartenwickel enthält, wird nun für eine bestimmte Zeit einer erhöhten Temperatur ausgesetzt, daran anschließend kann sich diese erhitzte Preßform auf Raumtemperatur abkühlen und wird dann auseinandergenommen. Die Höhe der Temperatur und ihre Einwirkungsdauer auf die Preßform bzw. den eingesetzten Kartenwickel ist abhängig von den Eigenschaften des Klebemittels und den Temperaturkoeffizienten des Dorns 21 und der beiden Halbschalen 23. Der Schmelzpunkt des Lotmaterials auf den Verbindungs fahnen wird an diese Temperatur angepaßt. Der diesem Ausführungsbeispiel zugrundeliegende Anker, der einen Durchmesser von etwa 20 mm und eine Länge von etwa 150 mm aufweist, wird, ausgehend von der Raumtemperatur, etwa eine halbe Stunde

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lang einer Temperatur von 90 °C ausgesetzt. Anschließend wird die Temperatur innerhalb einer Zeitspanne von etwa einer halben Stunde auf 163 ⁰C erhöht. Diese Temperatur von 163 °C läßt man dann etwa .eine Stunde lang auf die Preßform bzw. den Kartenwickel einwirken. Durch diese Erhitzung der Preßform und damit des Kartenwickels wird erreicht, daß das Lotmaterial auf den Verbindungsfahnen schmilzt und die Wicklungsverbindung hergestellt wird, daß das Klebemittel aktiviert und eine Klebeverbindung zwischen den beiden Karten geschaffen wird und daß durch die Ausdehnung des Doms 21 in radialer Richtung eine Druckkraft auf die übereinanderlie? genden Karten ausgeübt wird, die dadurch eng aneinander gepreßt werden, so daß sich eine enge großflächige Klebestelle bildet und daß letztlich ein hohlzylindrischer Anker entsteht, der eine Einheit bildet.

Nachdem der kompakte Ankerzylinder vorliegt, ist dieser noch mit einem Kollektor bzw. Kommutator zu komplettieren. Zu diesem Zweck wird die Ankerwicklung bis auf einen ringförmigen Streifen an einem Ende der geraden Wicklungsleiter 14 auf der Außenfläche des Ankerzylinders abgedeckt bzw. maskiert. Anschließend wird eine Elektrode mit einem Bordstreifen 19 an einem Ende des Ankers verbunden und der Anker wird in ein Elektro-Platierungsbad eingesetzt. Der Materialauftrag durch den Platierungsprozeß erscheint nur auf den blanken Leiterbahnen am äußeren Umfang des Zylinders, weil die restlichen Leiterbahnen abgedeckt sind. Durch die PIatierung werden die Leiterbahnen infolge des Kupferauftrages so verstärkt, daß sich eine ringförmige, den Anker umgebende Erhöhung ergibt, die als Kollektor geeignet ist.

Nach erfolgter Komplettierung des Ankers mit dem Kollektor wird die Platierungsabdeckung der Leiterbahnen beseitigt und die Bordstreifen 19 an den beiden Enden des Zylinderankers werden abgetrennt.

Nachstehend wird das wesentliche Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens zur vereinfachten Herstellung der Wicklungsverbindung

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ausführlicher beschrieben. Eine flache Karte, etwa in der Ausführung gemäß der Fig. 1, welche die Ausschnitte 12, 13 in ihrer Isolierschicht 11 aufweist, durch die die blanken Leiterbahnen, speziell die Verbindungsfahnen 17, 18, sichtbar sind, wird an diesen Stellen mit einem Lptüberzug versehen. Beim folgenden Ätzprozeß zur Bildung der Windungsleiterbahnen werden an den gewählten Bereichen, die den Abstand zwischen den Leitern bilden, das Kupfer und das Lot abgeätzt, so daß an den Endbereichen der Karten mit einer Lotbeschichtung versehene Verbindungsfahnen 17, 18 stehen bleiben. Bei den folgenden Verfahrensschritten, bei denen die zwei Karten um den Dorn 21 gewickelt sind und dieser Wikkel in die Preßform eingesetzt ist, werden bei einer Erhitzung der Preßform, wie bereits vorstehend beschrieben wurde, durch die radiale Ausdehnung des Doms 21 auch die deckungsgleich einander gegenüberliegenden Verbindungsbahnen 17, 18 zusammengepreßt. Der Schmelzpunkt des Lotmaterials bzw. die Erwärmung der Preßform ist so gewählt, daß bei dieser Erhitzung der Preßform auch das Lot schmilzt, wodurch eine Lötverbindung zwischen jeweils zwei einander gegenüberliegenden Verbindungsfahnen 17, 18 geschaffen wird. Durch die gleichzeitige Pressung der einander benachbarten Verbindungsfahnen 17, 18 während des Lotvorganges ergibt sich eine gute mechanische und elektrische Verbindung für die beiden Windungshälften, da deren Leiterenden unmittelbar durch die Druckeinwirkung aufeinander zu liegen kommen.

Als eine Alternative zu dem vorstehend erwähnten Verfahren betreffend das Zusammenfügen der Verbindungsfahnen 17, 18 während der Erhitzung der Preßform ist es auch möglich, die Verbindung der Verbindungsfahnen erst nach dem Klebeprozeß vorzunehmen, indem bei der Zurichtung der Karten die Verbindungsfahnen nicht mit dem Lotmaterial überzogen werden. Nachdem durch die Preßform der röhrenförmige Anker erstellt wurde, der in diesem Fall noch die offenen Windungen aufweist, kann dieser aus der Preßform entnommen werden, und die einander gegenüberliegenden Verbindungsfahnen können einzeln miteinander verlotet oder in einem Tauchverfahren miteinander verbunden werden.

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Bei den neuen Verfahren werden somit bei einer Erhitzung der Preßform bei eingesetztem Kartenwickel gleichzeitig zwei verschiedene Arbeitsgänge erledigt. Erstens wird die Klebeverbindung zwischen den zwei Karten geschaffen, so daß diese eine Einheit in der Form eines Hohlzylinders bilden und zweitens werden gleichzeitig die inneren mit den äußeren Windungshälften über ihre Verbindungsbahnen 17, 18 miteinander elektrisch und mechanisch verbunden, so daß sich eine geschlossene Ankerwicklung auf dem zylindrischen Hohlkörper ergibt. Die vorstehend erwähnten verschiedenen Verfahrensschritte können jedoch auch abgewandelt und in äquivalenter Form ausgeführt werden, um das gleiche Ergebnis zu erzielen. So wurde beispielsweise erwähnt, daß während des Foto-Ätzprozesses schlitzförmige Öffnungen in der Kupferschicht der Karten zwischen den Verbindungsfahnen 17, 18 erzeugt werden. Diese schlitzförmigen Öffnungen könnten beispielsweise auch als Positionsöffnungen zur gegenseitigen Ausrichtung der Karten auf dem Dorn 21 geeignet sein. Desgleichen kann auch das bereits erwähnte Foto-Ätzverfahren zur Bildung des Windungsmusters auf den Karten auch durch ein anderes Verfahren ersetzt werden, je nach dem, wie es die Erfordernisse bedingen, bei dem beispielsweise die Leiterbahnen mittels eines Werkzeuges aus einer Metallschicht geschnitten werden. Die Karten können beispielsweise auf dem Dorn 21 so angeordnet werden, daß die geraden, sich in axialer Richtung erstreckenden Leiterbahnen 14 von der unteren und der oberen Karte genau deckungsgleich übereinanderliegen oder daß diese geraden Windungsbahnen jeweils auf Lücke einander gegenüberliegen. Bei dieser letztgenannten Anordnung der Leiterbahnen 14 ergibt sich eine leicht gewellte bzw. geriffelte Manteloberfläche des Zylinderankers .

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Claims

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- 18 PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Herstellung eines trägheitsarmen kernlosen Ankers für rotierende elektrische Maschinen, bestehend aus wenigstens zwei zu einem Hohlzylinder geformten, zueinander ausgerichteten, miteinander verbundenen Karten, die aus einer Isolierschicht und darauf angeordneten, nebeneinanderliegenden Leiterbahnen, die jeweils eine Wicklungshälfte bilden, bestehen und daß die Karten übereinanderliegend so angeordnet sind, daß die Leiterbahnen auf der äußeren und der inneren Oberfläche des Hohlzylinders liegen, daß die Leiterbahnen freie oder von der Isolierschicht nicht bedeckte, als Verbindungsfahnen dienende Enden aufweisen, die mit den gegenüberliegenden Verbindungsfahnen der anderen Karte durch Lötung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Verbindungsfahnen (17, 18) bei der Herstellung der Leiterbahnen durch einen Bordstreifen (19) miteinander verbunden werden, daß die Verbindungsfahnen auf ihrer Unterseite mit einem überzug aus Lotmaterial versehen werden, daß wenigstens bei einer Karte die Rückseite der Isolierschicht (11) mit einem bei erhöhter Temperatur aktiven und aushärtbaren Klebemittel überzogen wird, daß danach die Karten um einen großen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten aufweisenden zylindrischen Dorn (21) einer Preßform gelegt werden, daß dabei eine Ausrichtung und Fixierung der Karten durch in den Karten und im Dorn miteinander korrespondierende: Führungsmittel (20, 22) erfolgt, daß danach dieser Wickel mit wenigstens zwei, einen sehr kleinen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten aufweisenden Halbschalen (23) der Preßform umgeben wird, daß die Preßform zum Schmelzen des Lotmaterials und zum Aktivieren und Aushärten des Klebemittels erhitzt wird und daß nach der Abkühlung die Bordstreifen abgetrennt werden.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßform bei eingesetztem Wickel, ausgehend von der Raumtemperatur innerhalb einer ersten bestimmten Zeitspanne auf eine erste Temperatur erhitzt wird und anschließend in einer zweiten Zeitspanne auf eine zweite erhöhte Temperatur, daß diese zweite Temperatur über eine dritte Zeitspanne auf die Preßform einwirkt und daß dann eine Abkühlung auf Raumtemperatur erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker mit einem Kollektor komplettiert wird, indem durch einen bekannten Platierungsprozeß die äußeren, geraden, in Längsrichtung sich erstreckenden Leiterbahnen (14) an einem Ende durch einen Materialauftrag verstärkt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebemittel ein wärmeaushärtbares Epoxyharz verwendet wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (21) mit einer Einrichtung versehen ist, die die bei einer Temperaturänderung auftretende Längenänderung eliminiert.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (21) auf einer ihm zentral in axialer Richtung durchdringenden Stange angeordnet ist, daß der Dorn in seiner Länge wenigstens in zwei Teilstücke unterteilt ist, die durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind und daß an den äußeren Enden der Dorn-Teilstücke fest mit der Stange verbundene Fixierringe angeordnet sind.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß

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- 20 der Dorn (21) aus Aluminium besteht.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (21) aus einem Tetrafluoräthylen enthaltenden Kunststoff besteht.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Kartenausrichtung und Fixierung dienenden Führungsmittel (22, 23) aus in den metallischen Bordstreifen (19) eingestanzten Zentrierlöchern (20) und aus in den Endbereichen des Dorns (21) eingesetzten Paßstiften (22) bestehen und daß, wenn die Karten den Dorn umhüllen, die Paßstifte die Zentrieröffnungen durchdringen.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Halbschalen (23) der Preßform aus "Invar" bestehen.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen aus Kupfer und die Isolierschicht (11) der Karten aus einem Gemisch, das Glasfasern und Epoxyharz enthält, bestehen.

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