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Die Erfindung betrifft eine Schleifringvorrichtung für elektrische Maschinen und Geräte, wie z. B. Motoren,
Generatoren oder Messgeräte, mit einem Schleifring, bestehend aus einem Trägerring aus einem elektrisch im wesentlichen nicht leitenden Material, der mit einer Mehrzahl von voneinander getrennten Schleifbahnen aus einem elektrisch leitenden Material versehen ist, an die die Wicklungen der Maschine oder des Gerätes angeschlossen sind.
Bekannte Schleifringvorrichtungen der vorgenannten Art haben den Nachteil, dass ihre Abrieb- und
Abnutzungseigenschaften unzulänglich und insbesondere ungleichmässig sind.
Die Erfindung sucht diese Nachteile zu beheben. Ihr liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Schleifringvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der Abrieb und die Abnutzung der
Schleifbahnen möglichst gering und möglichst gleichmässig ist. Ferner sollen eine ungleichmässige Abnutzung der
Bürsten vermieden und die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Schleifringvorrichtung verbessert werden.
Gemäss der Erfindung wird dies ausgehend von der oben genannten Schleifringvorrichtung dadurch erreicht, dass der Trägerring aus hochohmigem Silizium und dass die Schleifbahnen aus niederohmigem Silizium bestehen.
Durch die Verwendung von Silizium für die Schleifbahnen wird eine beträchtliche Reduzierung der
Abnutzung sowohl der Schleifbahnen wie auch der Bürsten erreicht und eine ungleichmässige Abnutzung im wesentlichen vermieden.
Besonders vorteilhaft ist es, die Schleifbahnen durch Eindiffundieren von Atomen eines elektrisch leitenden Materials, vorzugsweise Gold, in die Oberfläche des Trägerringes zu bilden, wobei die Tiefe der eindiffundierten Schicht 5 bis 10 bum betragen kann.
Man erhält auf diese Weise einen homogenen, einteiligen Schleifring, bei dem jegliche mechanische oder andere Verbindung zwischen den Schleifbahnen und dem Trägerring wegfällt.
Zweckmässigerweise ist jede Schleifbahn mit einem radial gerichteten Ansatz zum Anschluss einer Wirkung versehen, wobei im Bereich des Ansatzes wenigstens eine den Schleifring durchsetzende Anschlussbohrung vorgesehen ist, deren Innenwand metallisiert ist.
Durch die Ausbildung eines speziellen Ansatzes, der einstückig mit der Schleifbahn ausgebildet und elektrisch leitend ist, für den Anschluss der Verbindungsdrähte der Wicklungen, ist es möglich, die Schleifbahn selbst vollkommen glatt und gleichmässig ohne irgendwelche Unterbrechungen zu gestalten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, in den elektrisch im wesentlichen nicht leitenden Trägerring aus hochohmigem Silizium von beiden Seiten her Atome eines elektrisch leitenden Materials, vorzugsweise Gold, so tief einzudiffundieren, dass sich die beiden eindiffundierten Schichten im Inneren des Trägerringes vereinigen und somit die einzelnen voneinander getrennten Schleifbahnen jeweils durch die gesamte Dicke des Trägerringes hindurch reichen, so dass an der Rückseite des Trägerringes an den jeweiligen rückseitigen Stirnflächen der Schleifbahnen die Anschlusskontakte für die entsprechenden Wicklungen angebracht werden können.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen erläutert.
Es zeigen Fig. l eine Draufsicht auf einen erfindungsgemässen Schleifring und Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 11-11 von Fig. l sowie Fig. 3 im Schnitt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Der in Fig. l dargestellte Schleifring--10--, der eine Mittelbohrung --11-- aufweist, umfasst einen Trägerring-12-aus hochohmigem Silizium, auf dessen Vorderseite --13- im wesentlichen konzentrisch
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--11-- eine22--angeordnet bzw. angebracht ist.
Die Schleifbahnen bestehen aus niederohmigem Silizium, das in geeigneter Weise mit dem Trägerring --12-- verbunden, beispielsweise aufgedampft ist.
Nach einer andern Ausführungsform der Erfindung werden bei dem aus hochohmigem Silizium bestehenden Trägerring --12- die elektrisch leitenden Schleifbahnen--14 bis 22--dadurch gebildet, dass in die Oberfläche--13--des Trägerringes--12--unter Verwendung einer geeigneten Maske Atome eines elektrisch leitenden Materials, vorzugsweise Gold, eindiffundiert werden, wobei die Tiefe der eindiffundierten Schicht 5 bis 10,um betragen kann.
Wie Fig. 2 zeigt, sind die Schleifbahnen etwa in ihrer radialen Mitte mit einer vertieften Einwölbung - versehen, die sich über die gesamte Länge jeder Schleifbahn erstreckt und in der die in den Zeichnungen nicht dargestellten Bürsten für die Zufuhr oder Abfuhr des Stromes laufen und geführt sind. Die Tiefe der Einwölbung, die zweckmässigerweise eingeätzt ist, beträgt wenigstens 0, 01 mm.
Jede der Schleifbahnen-14 bis 22--ist an irgendeiner geeigneten Stelle ihres Umfanges mit einer radial gerichteten Verbreiterung oder einem Ansatz-30, 32,34, 36 bzw. 38-versehen, der aus einem Stück mit der jeweiligen Schleifbahn gebildet ist und ebenso wie dieses elektrisch leitfähig ist.
Diese Ansätze werden unter Verwendung entsprechend geformter Masken zusammen mit den
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Schleifbahnen ebenfalls aufgedampft.
Im Bereich jedes dieser Ansätze--30 bis 38--und insbesondere ausserhalb der normalen
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Umfangsbegrenzung der jeweiligen Schleifbahn ist wenigstens eine Anschlussbohrung --31, 33,35, 37 bzw.
39-ausgebildet, die senkrecht zur Ebene des Schleifringes verläuft und sowohl den Trägerring wie auch den jeweiligen Ansatz durchsetzt. Wegen der geringen Dicke der eindiffundierten oder aufgedampften leitfähigen
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gerichtet, in Umfangsrichtung jedoch versetzt zu dem Ansatz --30-- angeordnet ist. Entsprechendes gilt für die Ansätze-34, 36 und 38--.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform hat der Schleifring einen Aussendurchmesser von 35 mm und eine Bohrung von 8 mm Durchmesser. Die radiale Breite der Schleifbahn beträgt 1, 5 mm, während der
Abstand von der Mitte einer Schleifbahn zur Mitte ihrer jeweiligen Anschlussbohrung 0, 75 mm beträgt. Der
Durchmesser der Anschlussbohrung kann beispielsweise 0, 2 mm oder mehr betragen.
Bei der in Fig. l dargestellten Ausführungsform ist trotz der Versetzung der Ansätze -30 bis 38-in
Umfangsrichtung ein Teil der Oberfläche des Schleifringes nicht genutzt, oder mit andern Worten, durch die radialen Ansätze-30 bis 38-wird der Durchmesser des Schleifringes vergrössert.
In Fig. 3 ist daher eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Schleifringes im Schnitt dargestellt, bei der die Ansätze -30 bis 38-nach Fig. l in Wegfall kommen.
Bei dieser Ausführungsform werden zweckmässigerweise gleichzeitig von der Vorderseite --13-- und von der Rückseite -42- des Trägerringes -12- her Atome eines elektrisch leitfähigen Materials in den
Trägerring -12- eindiffundiert, zweckmässigerweise unter Verwendung derselben Masken auf der Vorderseite --13-- und auf der Rückseite-42-, wobei die Diffusion so weit getrieben wird, dass die von der Vorder- bzw. von der Rückseite des Trägerringes -12- her eindiffundierten Bereiche sich im Inneren des Trägerringes --12-- treffen und auf diese Weise elektrisch leitende ringförmige Diffusionsbereiche-54, 56,58, 60 und
62--gebildet werden, die sich von der Vorderseite--13--bis zur Rückseite -42- des Trägerringes --12-- durch dessen gesamte Dicke erstrecken.
Die einzelnen ringförmigen Diffusionsbereiche-54 bis 62-- stehen untereinander nicht in leitender Verbindung, sondern sind durch die ringförmigen Zonen-55, 57, 59 und 61-des elektrisch nicht leitenden Trägermaterials getrennt.
Durch den Wegfall der in Fig. l gezeigten Ansätze-30 bis 38-können die elektrisch nicht leitenden
Zonen zwischen den Schleifbahnen schmaler ausgebildet werden, wodurch der Durchmesser des Schleifringes kleiner gehalten und Material gespart werden kann.
Auf der Rückseite --42-- der jeweiligen elektrisch leitenden Bereiche-54 bis 62- können an geeigneten Stellen Metallisierungen zur Ausbildung der ohmschen Kontakte und zum Anschluss der entsprechenden Wicklungen angebracht werden. Vorteilhaft ist hiebei, dass an jedem der konzentrischen kreisringförmigen Bereiche-54 bis 62-mehrere Kontakte angebracht werden können, wodurch grössere Querschnitte für die Zufuhr bzw. Abfuhr des elektrischen Stromes zur Verfügung stehen und dadurch unerwünschte Erwärmungen vermieden werden. Zweckmässigerweise werden die Anschlusskontakte an den einzelnen Bereichen-54 bis 62-symmetrisch ausgebildet, um Unwuchten zu vermeiden.
Die Dicke des erfindungsgemässen Schleifringes kann beispielsweise 0, 3 mm betragen (wobei diese Massgabe jedoch keinerlei Einschränkung darstellen soll) und er ist zweckmässigerweise auf einem in den Zeichnungen nicht dargestellten Stützring befestigt, der mit Bohrungen für die Durchführung der erforderlichen Leitungen versehen ist.
Die Erfindung ermöglicht es, bei Schleifringen den Verschleiss t :. nd die Abnutzung der Schleifringe und der Bürsten beträchtlich zu reduzieren und ausserdem gleichmässiger zu halten.
Insbesondere bei der Eindiffusion der elektrisch leitenden Bereiche in die Oberfläche des Trägerringes ergibt sich eine gleichmässige, nahtlose und völlig glatte und damit sehr verschleissarme Lauffläche für die Bürsten, wodurch die mechanischen und die elektrischen Eigenschaften des Schleifringes und der Bürsten verbessert und ihre Lebensdauer gesteigert werden können.
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