DE10048594A1 - Stirnkommutator - Google Patents

Abstract

Ein Stirnkommutator nach dem Stand der Technik hat einen hohen Übergangswiderstand zwischen Kohlesegment und Segmenttrageteil. DOLLAR A Bei einem erfindungsgemäßen Stirnkommutator (1) wird der Übergangswiderstand durch Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen Kohlesegment (7) und Segmenttrageteil (10) aufgrund der Anordnung des Kohlesegments (7) in einer U-Form (17) und Verlötung der Kontaktfläche deutlich verringert.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Stirnkommutator nach der Gattung des Anspruchs 1.

Aus der DE 40 28 420 C2 bzw. US-PS 5,157,299 ist ein Plankommutator bekannt, bei dem ein Kohlesegment auf einem Segmenttrageteil angeordnet ist. Das Kohlesegment ist auf dem Segmenttrageteil angelötet und von einem Nabenkörper aus Kunststoff an den Seitenflächen vollständig oder teilweise bedeckt. Der Nabenkörper füllt auch die radialen Schlitze der Segmenttrageteile aus.

Das Segmenttrageteil weist in einem Ausführungsbeispiel einen axialen Vorsprung auf, der teilweise das Kohlesegment in axialer Richtung abdeckt. Eine Lotschicht kann auch zwischen dem Vorsprung und dem Kohlesegment vorhanden sein. Der Einfluss dieses Vorsprungs auf einen Übergangswiderstand zwischen Segmenttrageteil und Kohlesegment durch Vergrösserung der Kontaktfläche ist allerdings gering. Eine genaue Position des Kohlesegments beim Anlöten auf das Segmenttrageteil wird ausserdem durch das Segmenttrageteil und/oder den Vorsprung nicht vorgegeben, so dass sich in unerwünschter Weise Positionsabweichungen ergeben. Weiterhin kann es bei einem Verbindungsprozess von Wicklungsdraht und Haken, der an dem Segmenttrageteil angeordnet ist, zu einer so hohen Erwärmung kommen, dass die Lötverbindung zwischen dem Kohlesegment und dem Segmenttrageteil aufweicht, so dass sich die Kohlesegmente in ungewollter Weise untereinander verschieben.

Aus der JP 11 05 59 04 A ist ein Plankommutator mit einem Metallteil bekannt, an dem der Haken zur Befestigung des Wicklungsteils angeordnet ist, und das das Kohlesegment nur an einer radialen Aussenseite fast vollständig abdeckt. Das Kohlesegment ist nicht mit dem Metallteil verlötet. Eine ähnliche Anordnung zeigt die US-PS 5,637,944, bei der das Kohlesegment an eine Verbindungsplatte, die den Haken zur Befestigung eines Wicklungsdrahts enthält, gelötet ist. Bei diesen beiden Schriften ist jedoch die elektrische Kontaktfläche zwischen Kohlesegment und dem Verbindungselement klein, d. h. ein Übergangswiderstand zwischen Kohlesegment und Verbindungsplatte ist dementsprechend hoch.

Eine genaue Position des Kohlesegments beim Anlöten wird nicht vorgegeben.

Die US-PS 5,552,652 zeigt einen Stirnkommutator, bei dem ein Kohlesegment auf einem Metallteil angeordnet, aber nicht angelötet ist und bei dem kleine Vorsprünge des Metallteils an einem äusseren Radius und einem inneren Radius des Kohlestoffteils an das Kohlestoffteil angreifen. Die restlichen äusseren radialen Flächen des Kohlestoffteils sind von einem Trägerkörper umgeben.

Die DE 39 11 579 A1 zeigt einen Stirnkollektor, bei dem ein Kohlesegment in einer U-Form angeordnet ist, indem es dort hineingepresst worden ist. Das Kohlesegment hat jedoch Verankerungsvorsprünge, die in den Trägerkörper hineinragen und zur Befestigung dienen. Eine Verlötung ist deshalb nicht möglich.

Die US-PS 5,245,240 zeigt einen Plankommutator, der ein flaches Segmenttrageteil, ein Metallteil, hat, an dem ein fahnenförmiges Anschlusselement mit einem Haken zur Verbindung mit einem Wicklungsdraht angeordnet ist. Die Verbindung Haken-Wicklungsdraht wird mittels einer Schmelzverbindungstechnik hergestellt. Dazu werden u. a. zwei Elektroden und zwei Kontaktflächen benötigt, wobei eine auf einer Hakenaussenfläche und die andere in Umfangsrichtung gesehen neben dieser Hakenaussenfläche auf dem fahnenförmigen Anschlusselement aufgesetzt wird. Das fahnenförmige Anschlusselement des US-Patents entspricht einem an dem Segmenttrageteil angeordneten Metallteil, das zum Trägerkörper hin gebogen und nur an dessen Aussenfläche angeordnet ist, und das so breit ausgebildet ist, dass es eine Kontaktfläche bereitstellt, und das zusätzlich den Haken aufweist. Ein Mittel zur Positionierung, zur Halterung und Vergrösserung der Kontaktfläche zwischen Kohlesegment und Segmenttrageteil sind nicht vorhanden.

Das GM 89 07 045 U1 zeigt einen Plankollektor, dessen Segmentrageteil eine U-Form aufweist, in der das Kohlesegment bis auf eine Bürstenkontaktfläche vollständig untergebracht ist. Das Kohlesegment ist nicht mit dem Segmenttrageteil verlötet und benötigt zur Sicherung extra einen Vorsprung, der in eine Vertiefung des Segmenttrageteils eingreift.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemässe Stirnkommutator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise Kohlesegmente sehr genau positioniert werden können und für jeden weiteren Bearbeitungsschritt genau in ihrer Position gehalten werden. Weiterhin wird durch eine vergrösserte elektrische Kontaktfläche zwischen Kohlesegment und Segmenttrageteil und die Verlötung der Teile ein elektrischer Übergangswiderstand deutlich erniedrigt.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 genannten Stirnkommutators möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen radialen Querschnitt durch einen erfindungsgemässen Stirnkommutator,

Fig. 2 einen Rohling zur Herstellung des erfindungsgemässen Stirnkommutators, und

Fig. 3 eine Draufsicht auf den erfindungsgemässen Stirnkommutator.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemässen Stirnkommutator 1 eine Rotors einer elektrischen Maschine im radialen Querschnitt, der eine Mittelachse 3, die auch ein Symmetrieachse sein kann, aufweist. Der Stirnkommutator 1 hat zumindest ein Kohlesegment 7, das auf einem Segmenttrageteil 10 angeordnet ist.

Eine Bürstenlauffläche 12 ist auf einer Stirnfläche des Kohlesegments senkrecht zur Mittelachse 3 angeordnet. Auf der Bürstenlauffläche 12 des Kohlesegments 7, auf der die Mittelachse 3 senkrecht steht, laufen im Betrieb Kohlebürsten (nicht gezeigt), die einen elektrischen Strom über die Kohlesegmente 7 und das zumindest eine Segmenttrageteil 10 und den zumindest einem Wicklungsdraht 33 in eine nicht gezeigte Wicklung leiten sollen. Der Wicklungsdraht 33 der Wicklung wird in einem Haken 15 des Segmenttrageteils 10 befestigt. Der Haken 15 ist an einer äusseren Mantelfläche 38 des Stirnkommutators 1 angeordnet.

Das Kohlesegment 7 befindet sich in einer U-Form 17 und wird durch diese in einer bestimmten Position gehalten. Die U- Form 17 hat einen ersten 19 und einen zweiten 20 U-Schenkel, die sich in axialer Richtung erstrecken und bspw. mit dem Segmentrageteil einteilig ausgeführt sind. Die U-Schenkel 19, 20 erstrecken sich bspw. bis an die Bürstenlauffläche 12. Ein U-Boden 18 verläuft bspw. senkrecht zu den U- Schenkeln 19, 20. In der U-Form 17 ist das Kohlesegment 7 durch eine Lotschicht 23 mit der U-Form 17 elektrisch und mechanisch verbunden. Die Lotschicht 23 erstreckt sich bspw. über eine gesamte Innenfläche der U-Form 17. Speziell durch die U-Form 17 wird eine grössere elektrische Kontaktfläche zwischen Kohlesegment 7 und dem Segmenttrageteil 10, dass vorzugsweise aus Kupfer ist, geschaffen und ein elektrischer Übergangswiderstand verringert.

Die einzelnen Segmenttrageteile 10 sind von einem Trägerkörper 26 an Innenseiten und unterhalb des Bodens 18 bspw. mit Kunststoff umspritzt, der bspw. auf eine Welle aufgeschoben oder daran befestigt werden kann. Damit das einzelne Segmenttrageteil 10 durch den Trägerkörper 26 gut gehalten wird, hat das Segmenttrageteil 10 zumindest einen Verankerungshaken 29, der von dem Trägerkörper 26 umschlossen wird.

Bei einem Verbindungsprozess zwischen Wicklungsdraht 33 und dem Haken 15 wird das Segmenttrageteil 10 durch den Verbindungsprozess bspw. durch das Hot-Staking erwärmt. Die Lotschicht 23 kann aufweichen, jedoch verschiebt sich das Kohlesegment 7 nicht, da es durch die U-Form 17 in seiner Position gehalten ist.

Die Montage des Stirnkommutators 1 geschieht bspw. wie folgt. Ein Rohling 41 (Fig. 2) zur Herstellung der Segmenttrageteile 10 wird bedarfsweise an den Haken 15 verzinnt und dann mit dem Trägerkörper 26 umspritzt. Dann wird eine Kohlestoffscheibe (nicht gezeigt) in einer kreisringförmige Vertiefung 43 des Rohlings 41 verlötet. Danach werden die Kohlesegmente 7 und die Segmenttrageteile 10 durch wiederholtes Schlitzen bis in eine bestimmte axiale Tiefe und über die ganze radiale Länge hergestellt. Fig. 1, 3 zeigen, dass die Segmentrageteile 10 mechanisch und elektrisch voneinander getrennt sind. Die Segmenttrageteile 10 sind wie die Kohlesegmente 7 in Fig. 1 nicht geschnitten. Nur der Trägerkörper 26 ist in Fig. 1 geschnitten dargestellt.

Der Rohling 41 hat schon Schlitze 46, so dass nur noch ein Überstand 48 beim Schlitzen des Rohlings 41 durchtrennt werden muss.

Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf die Kohlesegmente 7 und den Stirnkommutator 1. Der Stirnkommutator 1 hat bspw. acht Kohlesegmente 7 und ebenso viele Segmenttrageteile 10. Die einzelnen Segmenttrageteile 10 bzw. die Kohlesegmente 7 sind elektrisch durch einen Spalt 36 voneinander getrennt.

Claims (3)

1. Stirnkommutator mit
Bürstenlaufflächen bildenden, von einander distanzierten, plattenförmigen Kohlesegmenten,
metallischen, ebenfalls voneinander distanzierten Segmenttrageteilen für die Kohlesegmente, welche mit je einem der Segmenttrageteile mechanisch fest und elektrisch leitend verbunden sind, und
einem Trägerkörper aus einem elektrisch isolierenden Material, der die Segmenttrageteile trägt,
die mit in den Trägerkörper eingebetteten Verankerungselementen sowie Haken versehen sind, und die zumindest zum Teil U-förmig sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
für die Verbindung zwischen den Kohlesegmenten (7) und den Segmenttrageteilen (10) eine zwischen beiden liegende Lotschicht (23) vorgesehen ist.

2. Stirnkommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotschicht (23) innen die gesamte U-Form (17) bedeckt und somit das Kohlesegment (7) bis auf seine Bürstenlauffläche (12) mit dem Segmenttrageteil (10) elektrisch und mechanisch verbindet.

3. Stirnkommutator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die U-Form (17) zwei U-Schenkel (19, 20) hat, und dass zumindest ein U-Schenkel (19, 20) bis an die Bürstenlauffläche (12) reicht.