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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Erfindungsfeld
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen flachen Kohlekollektor nach
dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie ein Verfahren zum Herstellen
des flachen Kohlekollektors.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Ein
flacher Kohlekollektor umfasst ein Metallsegment, das an einem Ende
eines Kollektorkörpers aus
geformten Kunstharz befestigt ist, sowie eine an dem Segment befestigte
Kohle. Zum Herstellen eines derartigen flachen Kohlekollektors sind
zum Beispiel die folgenden vier Verfahren (A) bis (D) bekannt:
- (A) Wenn die Kohle geformt wird, wird ein Basismetall
in der Form eines Segments in die Kohle eingesteckt, wobei das Basismetall
und die Kohle dann integral geformt und gebrannt werden. Dann wird
das mit der Kohle integral geformte Basismetall integral mit dem
Kunstharz geformt, um einen Isolatorteil zu bilden (siehe zum Beispiel JP 07-264812A ).
- (B) Ein Isolator und eine Metallbasis werden zuvor durch ein
integrales Spritzgießen
oder ähnliches integral
geformt. Dann wird die Kohle mit Hilfe eines Lots oder eines leitfähigen Klebstoffes
auf einer Fläche
der Metallbasis befestigt (siehe zum Beispiel JP 05-502974A ).
- (C) Ein Isolator und eine Metallbasis werden zuvor durch ein
integrales Spritzgießen
oder ähnliches
integral geformt. Dann wird Kohle auf einer Fläche der Metallbasis geformt
und gebrannt (siehe zum Beispiel JP 07-42223A ).
- (D) Ein Isolator und eine Metallbasis werden zuvor separat vorbereitet.
Wenn dann die Kohle geformt wird, werden die Metallbasis und der
Isolator integral mit der Kohle geformt (siehe zum Beispiel JP 06-178503A ).
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In
dem Verfahren (A) ist die Temperatur für das Brennen der Kohle ungefähr 600°C oder höher. Deshalb
wird die integral geformte Metallbasis weich gemacht, so dass das
Produkt Probleme bezüglich der
Präzision
und der Stärke
aufweist. Die Kohle kann auch mit einer niedrigen Temperatur von
ungefähr
200°C gebrannt
werden, wobei jedoch in diesem Fall Probleme für die Materialqualität der Kohle
selbst bezüglich
verschiedener Eigenschaften wie der Härte, dem elektrischen Widerstand
oder der Benzinwiderstandfähigkeit
auftreten können.
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In
dem Verfahren (B) kann die Kohle zuvor separat gebrannt werden,
so dass keine Probleme für
die Materialqualität
der Kohle selbst entstehen. Wenn jedoch die Kohle auf die Fläche der
Metallbasis gelötet
wird, besteht die Gefahr, dass das Lot durch eine hohe Drahttemperatur
während
des Zusammenbaus eines Motors gelöst wird.
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Wenn
die Metallbasis und die Kohle durch den leitenden Klebstoff miteinander
verbunden werden, erfordert dieser Aufbau einen Klebstoff, der leitfähig und
gegenüber
Benzin widerstandsfähig
ist. Ein derartiger Klebstoff ist teuer. Und auch bei einem leitfähigen Klebstoff
ist der elektrische Widerstand größer als derjenige der Kohle
oder der Metallbasis, so dass das Problem besteht, dass dieser Teil
Wärme erzeugen
kann und das Material sich während
des Betriebs eines Motors verändern
kann.
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In
dem Verfahren (C) wird der aus Kunstharz ausgebildete Isolator durch
eine hohe Temperatur beim Brennen der Kohle auf der Fläche der
Metallbasis karbonisiert. Deshalb muss die Kohle mit einer niedrigen
Temperatur gebrannt werden, wobei jedoch ein Problem für die Qualität der Kohle
entsteht.
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Bei
dem Verfahren (D) ist dasselbe Problem gegeben wie bei dem Verfahren
(C).
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Um
diese vorstehend beschriebenen Probleme des Standes der Technik
zu lösen,
hat der vorliegende Anmelder die offengelegte japanische Patentanmeldung
JP 10-4653A , die
im folgenden als vorausgehendes Beispiel bezeichnet wird, eingereicht. In
dem vorausgehenden Beispiel wird ein Segment mit einem Verbindungsloch
ausgebildet, wobei ein Verbindungsvorsprung, der an einer zuvor
mit einer hohen Temperatur gebrannten Kohle ausgebildet ist, in
das Verbindungsloch gesteckt wird, so dass eine feste Verbindung
geschaffen wird. So können
das Segment und die Kohle ohne Verwendung von Lot oder Klebstoff
fest miteinander verbunden werden, wodurch die oben genannten Probleme
gelöst
werden.
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Wenn
in dem vorausgehenden Beispiel der an der Kohle ausgebildete Verbindungsvorsprung
mit dem auf dem Segment ausgebildeten Verbindungsloch integral verbunden
wird, werden eine Schrumpf- und eine Presspassung ausgeführt. Wenn
dann der Verbindungsvorsprung in das Verbindungsloch eingesteckt
und mit demselben verbunden wurde, wird ein Brennen oder ähnliches
durchgeführt.
Der Verbindungsvorsprung wird durch einen während des Brennens gebildeten
Vorsprung befestigt.
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Das
Einstecken des Verbindungsvorsprungs der Kohle in das Verbindungsloch
des Segments und das feste Verbinden derselben sind also insofern
problematisch, dass dieser Prozess arbeitsaufwendig ist.
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Ein
flacher Kohlekollektor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus
der
DE 197 13 936
A1 bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen
Probleme zu lösen. Ferner
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen flachen Kohlekollektor
bereitzustellen, der einfacher herzustellen ist und einen verbesserten elektrischen
Kontakt bereitstellen kann.
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Die
obigen Aufgaben werden mit einem flachen Kohlekollektor nach Anspruch
1, sowie einem Verfahren zum Herstellen eines flachen Kohlekollektors
nach Anspruch 3 gelöst.
Eine bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Kohlekollektors
ist in Anspruch 2 angegeben.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A und 1B sind
erläuternde
Diagramme eines flachen Kohlekollektors in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung;
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2A und 2B sind
erläuternde
Diagramme einer Metallbasis;
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3 ist
ein erläuterndes
Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem die Kohle an der Metallbasis
befestigt ist;
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4A und 4B sind
erläuternde
Diagramme der Kohle;
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5 ist
ein erläuterndes
Diagramm, das einen Verbindungszustand zwischen einem Verbindungsloch
der Metallbasis und einem Verbindungsvorsprung der Kohle zeigt;
und
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6 ist
ein erläutendes
Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem die Kohle mit einem Kunstharz
beschichtet ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Wie
in 1 gezeigt, umfasst ein flacher Kohlekollektor 1 in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Ausführungsform
einen Kollektorkörper 3 aus
Kunstharz, eine Vielzahl von Segmenten 5 aus einem Metall
wie etwa Kupfer oder einer Kupferlegierung, die integral an einer
Endfläche
des Kollektorkörpers 3 befestigt
sind, sowie Kohle 7, die integral an den Segmenten 5 befestigt
ist.
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Jedes
der Segmente 5 umfasst eine Vielzahl von Ankerkrallen 9,
die in dem Kollektorkörper 3 eingebettet
sind, sowie einen Drahtbondingteil 11.
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Der
Kollektor 1 wird wie folgt erzeugt. In bekannter Weise
wird eine ringförmige
Metallbasis 15 (siehe 2)
gebildet, die an ihren inneren und äußeren peripheren Kanten jeweils
Teile aufweist, aus denen die Ankerkrallen 9 und der Drahtbondingteil 11 gebildet werden,
und die weiterhin Teile aufweist, die geschnitten und zu der Vielzahl
von Segmenten 5 getrennt werden, indem Schlitze 27 gebildet
werden. Die Metallbasis 15 wird durch Stanzen ausgebildet.
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Dabei
werden in der vorliegenden Ausführungsform
Verbindungslöcher 5H (siehe 2) jeweils in Entsprechung zu Segmenten 5 durch
Stanzen in der Metallbasis 15 ausgebildet, und es werden eine
Vielzahl von Schneidklemmteilen 5T mit nach innen vorstehenden
Enden an peripheren Kanten der Verbindungslöcher 5H ausgebildet.
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Als
nächstes
werden wie in 2 gezeigt die Ankerkrallen 9 und
der Drahtbondingteil 11 der Metallbasis 15 nach
einer Seite gebogen (in die Richtung, in welche die Enden der Schneidklemmteile 5T zeigen).
Dann wird wie in 3 gezeigt Kohle 17,
die zuvor mit einer hohen Temperatur zu einer Torusform gebrannt
wurde, fest an der Metallbasis 15 befestigt. Um die Metallbasis 15 und
die Kohle 17 fest miteinander zu verbinden, weist die torusförmige Kohle 17 auf
ihrer einen Seite eine Vielzahl von Verbindungsvorsprüngen 17P auf.
Wie in 2 gezeigt weist die Metallbasis
Verbindungslöcher 5H auf,
die in Entsprechung zu den Drahtbondingteilen 11 ausgebildet sind.
Die Verbindungsvorsprünge 17P werden
wie in 3 gezeigt in die Verbindungslöcher 5H eingesteckt,
um eine feste Verbindung zu schaffen.
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Bevor
die Verbindungsvorsprünge 17P der Kohle 17 in
die Verbindungslöcher 5H eingesteckt werden,
wird wie oben beschrieben eine leitfähige Paste auf den peripheren
Flächen
der Verbindungsvorsprünge 17P,
den peripheren Innenflächen
der Verbindungslöcher 5H oder
entsprechenden Bereichen in Nachbarschaft zu diesen Flächen aufgetragen.
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Wenn
danach die Verbindungsvorsprünge 17P in
die Verbindungslöcher 5H eingesteckt
werden, werden die Enden der Schneidklemmteile 5T in den
Verbindungslöchern 5H gegen
die peripheren Flächen
der Verbindungsvorsprünge 17P gedrückt, so
dass die Schneidklemmteile 5T mit Kraft gegen die peripheren
Flächen
drücken.
Dadurch werden die Verbindungsvorsprünge 17P zusammengedrückt und
abgerieben, so dass die Verbindungsvorsprünge 17P mit rauen
Oberflächen
versehen werden. Wie in 5 gezeigt, sammeln sich zwischen
den peripheren Außenflächen von
jeweils den Schneidklemmteilen 5T und den Verbindungsvorsprüngen 17P Mengen 19 von
leitfähiger
Paste an, welche die Leitfähigkeit
erhöhen.
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Wenn
die Verbindungsvorsprünge 17P der Kohle 17 wie
oben beschrieben in die Verbindungslöcher 5H eingesteckt
werden, werden die Enden der Vielzahl von Schneidklemmteilen 5T mit
Kraft gegen die peripheren Flächen
der Verbindungsvorsprünge 17P gedrückt, so
dass sich die Enden in die peripheren Flächen einbohren, was das Herausziehen
der Verbindungsvorsprünge 17P aus
den Verbindungslöchern 5H erschwert.
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Die
Schneidklemmteile 5T erlauben das Einstecken der Verbindungsvorsprünge 17P in
die Verbindungslöcher 5H.
Wenn jedoch eine Kraft wirkt, welche die Verbindungsvorsprünge 17P aus
den Verbindungslöchern 5H herauszuziehen
versucht, bohren sich die Enden der Schneidklemmteile 5T in
die Verbindungsvorsprünge 17P ein
und verhindern ein Herausziehen derselben. Mit anderen Worten funktionieren
die Schneidklemmteile 5T wie eine Ratsche, die nur die
relative Bewegung in der Einsteckrichtung erlaubt und die relative
Bewegung in der entgegengesetzten Richtung verhindert.
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Durch
das Einstecken der Verbindungsvorsprünge 17P der Kohle 17 in
die Verbindungslöcher 5H der
Metallbasis 15 können
deshalb die beiden Glieder integral miteinander verbunden werden.
Die Verbindungsvorsprünge 17P werden
also einfach in die Verbindungslöcher 5H eingesteckt,
wobei dann im Gegensatz zu dem vorausgehenden Beispiel nach dem
Einstecken keine weitere Operation wie etwa ein Kleben erforderlich
ist. Die beiden Glieder können
dementsprechend einfach fest miteinander verbunden werden.
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Nachdem
die Verbindungsvorsprünge 17P der
Kohle 17 in die Verbindungslöcher 5H der Metallbasis 15 wie
oben beschrieben eingesteckt und fest mit denselben verbunden wurden,
wird die fest verbundene Einheit in eine Formhöhlung (nicht gezeigt) gelegt,
in die dann Kunstharz 23 gefüllt wird, um den Kollektorkörper 3 zu
formen. Wie in 6 gezeigt, wird das Kunstharz 23 derart
geformt, dass die gesamte freiliegende Fläche der Kohle 17 beschichtet oder
bedeckt ist.
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Weil
die peripheren Endflächen
der Verbindungsvorsprünge 17P der
Kohle 17 durch die Schneidklemmteile 5T an den
peripheren Kanten der Verbindungslöcher 5H mit rauen
Oberflächen
versehen wurden, ist die Verbindungskraft zwischen den Verbindungsvorsprüngen 17P und
dem Kunstharz 23 bei dem oben beschriebenen Formen des
Kunstharzes 23 höher.
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Nachdem
das Kunstharz 23 wie oben beschrieben geformt wurde, wird
der Drahtbondingteil 11 in erforderlicher Weise gebogen,
und es wird wie in 1 gezeigt ein Loch 25 für eine Motorwelle durch
Schneiden ausgebildet. Durch das Schneiden der Schlitze 27 werden
die Kohle 17 und die Metallplatte 15 in eine Vielzahl
von Segmenten 5 unterteilt. Dann wird das Kunstharz 23 von
der Kontaktfläche für eine Bürste B des
Motors durch Schneiden oder ähnliches
entfernt, um einen wie in 1 gezeigten flachen
Kohlekollektor 1 zu erhalten.
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Aus
der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, dass in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Ausführungsform
in diesem Zustand die gesamte freiliegende Fläche der Kohle 17 mit
dem Kunstharz 23 beschichtet ist, wobei dann die erforderliche Bearbeitung
vorgenommen wird und schließlich
das Kunstharz 23 in einem letzten Schritt von der Gleitoberfläche der
Kohle entfernt wird. Auf diese Weise schützt das Kunstharz 23 die
Kohle in den verschiedenen Verarbeitungsschritten. Dadurch wird
die Kohle vor einer Beschädigung
wie etwa einem Reißen oder
Splittern während
der Verarbeitungsschritte zum Biegen des Drahtbondingteils 11 und
zum Ausbilden des Lochs 25 geschützt.
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Weil
weiterhin in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Ausführungsform
die Kohle 17 und die Segmente 5 fest miteinander
verbunden werden, indem die Verbindungsvorsprünge 17P der Kohle 17, die
zuvor mit einer hohen Temperatur gebrannt wurde, in die Verbindungslöcher 5H der
Metallbasis 15 eingesteckt und mit denselben verbunden
werden, können
die durch das Brennen mit einer hohen Temperatur erhaltenen Eigenschaften
der Kohle genutzt werden, ohne dass durch Lot oder Klebstoff ein
Problem entsteht.
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Aus
den vorstehenden Erläuterungen
wird deutlich, dass in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung an den peripheren Kanten der Verbindungslöcher in
den Segmenten Schneidklemmteile vorgesehen sind, welche das Einstecken
der Verbindungsvorsprünge
der Kohle in die Verbindungslöcher erlauben,
aber das Herausziehen der Verbindungsvorsprünge verhindern. Die Enden der
Verbindungslöcher
stehen nach innen vor und werden in gegen die peripheren Flächen der
Verbindungsvorsprünge gedrückt. Wenn
also die Verbindungsvorsprünge
in die Verbindungslöcher
eingesteckt und mit denselben verbunden werden, können die
Segmente und die Kohle einfach fest miteinander verbunden werden,
wobei die Segmente zuverlässig
durch die Kohle gehalten werden.
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Weil
die peripheren Flächen
der Verbindungsvorsprünge
während
des Einsteckens der Verbindungsvorsprünge in die Verbindungslöcher mit rauen
Oberflächen
versehen werden, ist es nicht erforderlich, die peripheren Flächen der
Verbindungsvorsprünge
in einem eigenen Schritt mit rauen Oberflächen zu versehen, um die Verbindungsstärke zwischen
den Verbindungsvorsprüngen
und dem Kunstharz beim Formen des letzteren zu erhöhen.