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Verfahren zur Herstellung von Kollektorsegmenten für elektrische Maschinen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kollektorsegmenten für elektrische Maschi- nen, wobei die einzelnen Kollektorsegmente im Rohzustand vor dem endgültigen Zusammenbau zu einem
Kollektor an der später die Lötstelle tragenden Seite in Richtung ihrer Längsausdehnung geschlitzt werden, wobei die Schlitztiefe sich nach dem freien Fleisch des Segmentes richtet und dann die Harteinlötung der
Kollektorfahnen in das Segment erfolgt.
Kollektoren elektrischer Maschinen bestehen aus parallel zueinander auf einer Zylindermantelfläche oder im besonderen Fall auf einer Kegelmantelfläche angeordneten Segmenten aus elektrisch gut leiten- dem Material, welche durch dünne Isolierschichten voneinander isoliert sind.
Die zu einem Kollektor oder Stromwender zusammengefügten Segmente werden im Betrieb nicht nur thermisch, sondern auch mechanisch durch die Fliehkraftwirkung hoch beansprucht. Sind die einzelnen
Segmente diesen im Betrieb auftretenden Spannungen nicht gewachsen, so werden die Stege aus der Zy- linder-bzw. Kegelmantelfläche hervortreten, Bürstenfeuer und schliesslich Zerstörung der Bürsten sowie
Verschmorung des Kollektors sind die Folge. Es werden daher die Kollektorsegmente konstruktiv entsprechend ausgebildet und im allgemeinen aus hartgezogenem Elektrolytkupfer hergestellt, da dieses mechanisch wie auch elektrisch den geforderten Bedingungen entspricht.
Ein besonderes Problem stellt beim Kollektor die elektrische Verbindung zwischen Kollektorsegmenten und Ankerwicklung dar, da aus mechanischen und thermischen Gründen die Verbindungsleitungen, die sogenannten Kollektorfahnen, in den Segmenten hart eingelötet werden sollen. Der Nachteil der Hartlötung besteht jedoch darin, dass durch die hohe Löttemperatur das hartgezogene Elektrolytkupfer ausgeglüht wird und damit beträchtlich an mechanischer Festigkeit verliert. Diese Fe8tigkeitsverminderung ist durch den kristallinen Aufbau des hartgezogenen Elektrolytkupfers bedingt, da Hartkupfer bei zirka 3200 C seinenRekristallisationspunkt hat und die Temperatur beim Hartlöten zirka 8000 C beträgt.
Dies bedeutet also, dass, wenn die Erwärmung des hartgezogenen Elektrolytkupfers 3200 C überschreitet, es seinen kristallinen Aufbau ändert und beim Abkühlen nur mehr die Festigkeit des Weichkupfers besitzt.
Vorerwähnte physikalische Eigenschaft des hartgezogenen Elektrolytkupfers stand bis jetzt einer Hart- lotverbindung zwischen Kollektorsegment und Kollektorfahne entgegen. In der Praxis wird daher auch heute noch in den meisten Fällen die Ankerwicklungszuleitung am Kollektorsegment weich angelötet.
Bei Weichlötung liegt die hiefür notwendige Erwärmung unter dem Rekristallisationspunkt, und zwar bei zirka 180 bis 2500 C. Dadurch wird auf jeden Fall ein Ausglühen des Hartkupfers vermieden.
In dem Bestreben, die Nachteile des Hartlötens von Kollektorsegmenten zu vermeiden, wurde unter anderem eine Kollektorausführung bekannt, bei der zwischen zwei der parallel zueinander auf einer Zylindermantelfläche befestigten Kollektorsegmente zwei gegeneinander elektrisch isolierte Kupferbleche mit am äusseren Kollektorende radial über die Lamellenoberfläche hinausstehenden Laschen zum Hartanlöten der Ankerspulenzuleitungen angebracht sind, wobei die beiden einer bestimmten Lamelle benachbarten Kupferbleche gegen diese Lamelle durch Zwischenlegen von Isolierschichten wärmeisoliert und nur am Fuss der Lamelle mit dieser metallisch verbunden sind.
Diese Ausführung bedingt jedoch einen Mehraufwand an Bauelementen, und ausserdem wird das Problem der zu hohen Erwärmunginfolge des Hart- lötens nicht gelöst, da wohl das Kollektorsegment selbst thermisch nicht mehr hoch beansprucht wird, dafür aber die Kupferbleche mit Lasche dieser Beanspruchung ausgesetzt sind, was wieder zur Störanfällig- keit des Kollektors im Betrieb Anlass gibt.
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Gegenstand vorliegender Erfinuung ist nun eine Kollektorsegmentausführung, welche ein Hartverlöten der Kollektorfahne mit dem Segment ohne Zusatzeinrichtung gestattet und wobei die der Tragbeansprn- chung unterworfenen Kanten des Segmentstege dabei nicht über das Rekristallisationsintervall erwärmt werden.
Die Vorteile der erfindungsgemässen Kollektorausführung liegen insbesondere auf fertigungstechni- schem und wirtschaftlichem Gebiet. Bekanntlich erfolgt die Herstellung eines Kollektors so, dass die ein- zelnen Segmente im Rohzustand mit entgrateten Kanten unter Zwischenlegung von dünnen Isolierschich- ten ringförmig geschichtet, durch ein geeignetes Werkzeug gehaltert und dann diese so zusammenge- schichteten und gehalterten Kollektorsegmente einer künstlichen Alterung durch Wärmebehandlung unter- zogen werden, wobei nach jedem Erwärmen und Abkühlen des Gutes ein Nachziehen des Einspannwerk- zeuges erfolgt. Dadurch wird am Ende der Wärmebehandlung der für den Betrieb notwendige Segmentflä- chendruck erreicht.
Nach Beendigung der künstlichen Alterung des Kollektors wird dieser dann auf seine endgültige Form gebracht, d. h. die äussere Kollektormantelfläche wird überdreht und auf Mass gebracht und auch die konusförmigen seitlichen Ausnehmungen werden in den Kollektorkörper hineingearbeitet.
Würde das Kollektorsegment an Stelle des erfindungsgemässen Schlitzes vor dem Zusammenbau zu einem Kollektorkörper bereits auf die endgültige Form gebracht worden sein, so würde nicht nur ein wesentlich teurerer Arbeitsgang vor dem Zusammenschichten an dem Segment erforderlich, sondern es würde genau so wie bei der erfindungsgemässen Kollektorausführung ein Nachdrehen des geschichteten und künstlich gealterten Kollektors erfolgen müssen. Nun ist bei all diesen Arbeiten die Richtzeit für jeden Arbeitsgang relativ gross zur Hauptzeit, wodurch letztgenannte Kollektorfertigungsmethode gegenüber der erfindunggemässen teurer zu stehen kommt.
Die Erfindung soll an Hand der beiliegenden Zeichnung genauer erläutert werden.
Das Kollektorsegment C aus hartgezogenem Elektrolytkupfer erhält auf der Seite, an welcher die Ankerspulenzuleitung hart angelötet werden soll, noch vor der endgültigen Formgebung einen Schlitz B, um die Wärmeübertragung durch direkte, Leitung zwischen Lötstelle und unterem Teil des Segmentes so weit abzuschwächen, dass die Temperatur unterhalb des Schlitzes die Rekristallisationstemperatur nicht erreicht. Die Hartlötung erfolgt an der Stelle'A. Wie bereits erwähnt, wird durch den Schlitz die direkte Wärmeleitung eingedämmt und der untere Teil des Kollektorsegmentes somit nicht ausgeglüht, und nach endgültiger Formgebung der Kollektorsegmente besitzt speziell die im Betrieb am meisten beanspruchte Kante D die Festigkeit von Hartkupfer.
Die Schlitztiefe darf bei vorbeschriebener Kollektorsegmentausführung natürlich nicht so gross gewählt werden, dass nach Entfernen des überflussigen Materials dieser noch erkennbar ist.
'Es ist weiters möglich, in dem im Kollektorsegment angebrachten Schlitz eine wärmeisolierende Scheibe. die z. B. aus Asbest besteht, einzuschieben, um eine Wärmeübertragung durch Strahlung zu vermeiden.
Diese einfache aber sehr zweckmässige Segmentherstellung gestattet somit, die Vorteile des Hartlötens ohne dessen Nachteile auszunützen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Kollektorsegmenten für elektrische Maschinen, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kollektorsegmente im Rohzustand vor dem endgültigen Zusammenbau zu einem Kollektor an der später die Lötstelle tragenden Seite in Richtung ihrer Längsausdehnung geschlitzt werden, wobei die Schlitztiefe sich nach dem freien Fleisch des Segmentes richtet und dann die Harteinlötung der Kollektorfahnen in das Segment erfolgt.