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Stromwender oder Schleifringkörper Es ist ein Schleifringkörper bekannt,
bei dem die Stromzuführungsleitungen mit an der Oberfläche eines Isolierkörpers
befindlichen, in einem Arbeitsgang mittels eines Metallisierungsprozesses aufgebrachten
metallischen Schleifschichten durch diesen Arbeitsgang mechanisch und elektrisch
verbunden sind.
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Auch die vorliegend beschriebene Erfindung bezieht sich auf einen
solchen Schleifringkörper oder einen dieselben Merkmale aufweisenden Stromwender.
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Während bei. dem bekannten Schleifringkörper der Metallisierungsprozeß
in einem Metallspritzverfahren besteht, bei welchem das Metall im geschmolzenem
Zustand aufgesprüht wird, sind erfindungsgemäß die Schleifschichten galvanisch in
unmittelbarer Berührung mit den Leitern erzeugte Schichten.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die galvanisch erzeugten
Schleifschichten wesentliche, bisher nicht erkannte Vorteile bieten. Sie haften
so innig an den Stromzuführungsleitungen, daß der elektrische Übergangswiderstand
praktisch Null ist und daß sich die Leitungen auch bei hoher mechanischer Beanspruchung
von den Schleifschichten nicht lösen können. Auch erlaubt die galvanische Erzeugung
der Schleifschichten die Herstellung von Stromwendern oder Schleifringkörpern kleinster
Abmessungen. Indessen können die Abmessungen auch beliebig groß bemessen werden,
wobei die Größe lediglich durch die Abmessungen des elektrolytischen Bades begrenzt
ist.
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Allerdings ist es bereits bekannt, bei einem Stromwender die Schleifschichten
galvanisch zu erzeugen. Bei diesem bekannten. Stromwender erfolgt die mechanische
und elektrische Verbindung der Stromzuführungsleitungen mit den an der Oberfläche
des Isolierkörpers befindlichen, galvanisch aufgebrachten Schleifschichten aber
nicht durch den Galvanisierungsvorgang, sondern vielmehr durch eine nachträgliche
Lötung. Wohl hatte man dabei erkannt, daß sich das galvanisch niedergeschlagene-
Kupfer wegen seiner Härte für Stromwender besonders eignet; doch bedurfte es erfinderischer
Einsicht, um zu erkennen, daß sich besondere, darüber hinausgehende Vorteile ergeben,
wenn auch die mechanische und. elektrische Verbindung der Stromzuführungsleitungen
mit den Schleifschichten durch deren galvanisches Aufbringen erzielt wird.
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Weitere Vorteile der galvanisch erzeugten Schleifschichten liegen
in der großen Gleichmäßigkeit ihrer Härte und in der hohem Korrosionsbeständigkeit.
Wenn die Schleifschichten, wie bekannt, durch ein Metallspritzverfahren aufgebracht
und mechanisch und elektrisch mit den Stromzuführungsleitungen verbunden sind, dann
ist es unausbleiblich, daß, infolge der hohen Porosität der durch das Spritzverfahren
erzeugten Schichten, im Laufe der Zeit Feuchtigkeit in diese Schichten eindringt.
Da diese in der Regel auch Metalloxyde enthalten, treten Korrosionserscheinungen
ein, die im Laufe der Zeit den ohnehin verhältnismäßig hohen Übergangswiderstand
zwischen den Stromzuführungsleitungen und den Metallschichten erhöhen und die Festigkeit
der Haftung der Leiturigen an den Schichten beeinträchtigen. Es kommt hinzu, daß
durch die Porosität und durch den Einschluß von Oxyden eine starke Reibung an den
Bürsten entsteht, die zu einem entsprechend hohen Verschleiß führt.
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Der Stromwender oder der Schleifringkörper nach der Erfindung bietet
auch ganz wesentliche Vorteile gegenüber denjenigen bekannten Bauarten, bei denen
die Schleifschichten von Ringen gebildet werden, die durch spanabhebende Bearbeitung
hergestellt sind. Diese Vorteile bestehen in einer erheblichen Beschleunigung und
Verbilligung des Herstellungsverfahrens sowie darin, daß die Schleifschichten wesentlich
schwächer bemessen werden können und eine viel gleichmäßigere Härte aufweisen. Auch
lassen sich die Abmessungen des Stromwenders oder Schleifringkörpers nach der Erfindung
wesentlich geringer bemessen, was für kleine Elektromotoren, Geräte zur elektrischen
Abtastung, Rechengeräte, Kreiselgeräte und andere feinmechanische Zwecke von großer
wirtschaftlicher Bedeutung ist.
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Zur Herstellung des neuartigen Stromwenders oder Schleifringkörpers
hat sich besonders ein Verfahren bewährt, daß erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Stromzuführungsleitungen in einen a.ushärtbaren, plastischen Isolierstoff
eingebettet werden, der die Form des Isolierkörpers erhält und mit
zur
Aufnahme der Schleifschichten bestimmten Nuten versehen wird, an deren Grund die
Leitungen vor der Galvanisierung bloßgelegt werden. Da das völlige Aushärten des
Isolierstoffkörpers vor der Galvanisierung erfolgt, ist hierbei die Gefahr vermieden,
daß durch <las beim Härten auftretende Schwinden des Isolierstoffes die Strömzuführungsleitungen
von den Schleifschichten abgetrennt werden und daß sich nachträglich der Abstand
der Schleifschichten ändert.
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Schließlich hat die Erfindung den Vorteil, daß sie eine sehr wirtschaftliche
Massenfertigung der Stromwender oder Schleifringkörper ermöglicht.
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Weitere Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung
einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen. In diesen zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Schleifringkörpers nach der Erfindung, Fig. 2 die
in der Richtung der Pfeile 2 aufgenommene Stirnansicht, Fig. 3 eine in größerem
Maßstab gehaltene Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt, Fig. 4 den Querschnitt
nach der Linie 4-4 der Fig. 3, Fig. 5 den Querschnitt nach der Linie 5-5 der Fig.
3, Fig. 6 eine etwas abgewandelte Ausführungsform des Schleifringkörpers nach der
Erfindung an Hand eines Teillängsschnittes ähnlich der Fig. 3, jedoch in größerem
Maßstab, Fig. 7 den Querschnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 6.
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Fig. 8 eine dritte Ausführungsform des Schleifringkörpers nach der
Erfindung in Seitenansicht. Fig. 9 einen in größerem Maßstab gehaltenen Teillängsschnitt
des in Fig. 8 gezeigten Schleifringkörpers, wobei der Übersichtlichkeit wegen einige
elektrische Leitungen fortgelassen sind, Fig. 10 die Stirnansicht eines Kommutators
nach der Erfindung, Fig. 11 die Stirnansicht des Kommutators von der entgegengesetzten
Seite, Fig. 12 den Längsschnitt etwa nach der Linie 12-l2 der Fig. 11, Fig. 13 einen
vierten Schleifringkörper nach der Erfindung in Rückansicht, Fig. 14 die zur Fig.
13 gehörige Stirnansicht, Fig. 15 einen Querschnitt nach der Linie 15-15 der Fig.
14 und Fig. 16 einen Teil der Fig. 15 in größerem Maßstab. Der Schleifringkörper
nach den Fig. 1 bis 5 besteht aus einem Haltestab 1, aus den elektrischen Kabeln
2, die von ihm getragen werden, und aus dem den elektrischen Isolator 3 bildenden
Isolierstoff, der in plastischem Zustand um die Kabel 2 und den Haltestab 1 herumgeformt
ist. Der Haltestab 1 kann von einem korrosionsfesten Draht der erforderlichen Festigkeit
gebildet werden. Die elektrischen Kabelt bestehen aus Drähten 4 mit einer Isolierhülle
5, und sie werden am beten um den Haltestab 1 wendelförmig herumgewunden, und zwar
entweder über ihre ganze Länge hin oder auch so, daß ihre Enden achsparallel abgebogen
verlaufen, wie es aus Fig. 3 zu ersehen ist. Möglich ist es jedoch auch, diese elektrischen
Leitungen 2 über ihre ganze Länge hin achsparallel um den Haltestab 1 herum zu verteilen.
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Der Haltestab 1 kann mit einer eigenen, dünn bemessenen Isolierhülle
versehen sein.
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Die Leitungen 2 enden innerhalb des Isolierkörpers, während der Stab
1 bis zu dessen Stirnwand hindurchgeht. Das Herumformen der plastischen Masse um
die Leitungen 2 zum Erzeugen des Isolatorkörpers 3 kann mit Hilfe einer geteilten
Form durchgeführt werden, wobei dann die Leitungen 2 in die plastische Masse völlig
eingebettet sind und von ihr bedeckt werden. Viele thermoplastische Kunststoffe
mit den erforderlichen elektrischen Isolierwerten eignen sich dafür.
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Nachdem der Isolierkörper erhärtet ist - gegebenenfalls kann er vulkanisiert
werden-, wird er auf einer Drehbank bis auf den richtigen Durchmesser abgedreht,
wobei man einen Bund 6 stehenlassen kann. Alsdann werden Nuten? in den Isolator
3 eingeschnitten, und zwar für jede Leitung 2 eine Nut, wobei die Nuten sämtlich
auf der einen Seite des Bundes 6 zu liegen kommen. Die Breite der Nuten entspricht
der Breite der herzustellenden Schleifringe. Der Grund jeder Nut kommt auf einen
geringen Abstand der zugehörigen Leitung 2 zu liegen. Ist das geschehen, dann wird
im Grund jeder Nut ein Loch angebracht, in welchem der Leiter 4 der zugehörigen
Leitung 2 bloßgelegt wird. Zu diesem Zweck wird also auch der Isoliermantels fortgeschnitten.
In dem Loch liegt dann die leitende Ader 4 bloß, wie Fig. 3 und 4 zeigen.
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Nunmehr wird: ein elektrisch leitender Überzug auf den Grund jeder
Nut aufgebracht. Dieser Überzug läßt lediglich den bloßliegenden Teil des Leiters
4 frei.
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Sodann wird innerhalb jeder Nut 7 auf den leitenden Überzug in unmittelbarer
mechanischer und elektrischer Verbindung mit dem Leiter 4 galvanisch eine Schicht
8 aufgebracht, die später den Schleifring bildet. Zu diesem Zweck wird der Isolator
3 in einen Elektrolytbehälter innerhalb eines entsprechenden Elektrolyten eingebracht
und als Kathode in einen Stromkreis eingeschaltet. Die in der Elektrolytflüssigkeit
befindlichen Anoden werden je nach dem niederzuschlagenden Metall gewählt. Soll
die galvanische Schicht aus einer Silberlegierung bestehen, so nimmt man für den
die Böden der Nuten 7 bedeckenden elektrisch leitenden Überzug ein Lack, in welchem
pulverisiertes Silber aufgeschwemmt ist. Als Elektrolyt kann dann eine Lösung von
Silberzyanid verwendet werden, und die Anoden bestehen aus Silber. Das galvanische
Verfahren wird so lange fortgesetzt, bis die in den Nuten 7 niedergeschlagenen galvanischen
Schichten die gewünschte Dicke erlangt haben und eine spanabhebende Bearbeitung
vertragen, ohne sich dabei auf dem Isolator 3 zu lockern. Alsdann wird der Isolator
in eine Drehbank eingespannt, in welcher die galvanischen Schichten in den Nuten
7 abgedreht werden, so daß die glatten Schleifringe 8 entstehen und zwischen diesen
jeder etwaige galvanische Niederschlag entfernt wird. Die Ringe 8 werden dann poliert
und können im Bedarfsfalle noch einmal galvanisch behandelt werden, um einen- Metallüberzug
auf ihnen zu erzeugen, z. B. aus Platin, Rhodi,um oder Gold. Dadurch erhält die
Oberfläche der aus Silber bestehenden Schleifringe 8 die gewünschte Beschaffenheit,
beispielsweise uni das durch die Schleifbürsten erzeugte Geräusch. zu mindern.
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Beachtlich ist, daß der Isolator 3 die Schleifringe 8 und die Leiter
4 der Kabel 2 zu einem ganzen Stück vereinigt, das keiner Befestigungsmittel bedarf,
und da.ß ein verwickelter und zeitraubender Zusammenbau von Einzelteilen und, die:
dadurch bedingten Fehlerquellen fortfallen. Ferner ist beachtlich, daß ein vollkommener
elektrischer Kontakt zwischen den Schleifringen 8 und dien Leitern 4 mit dem geringst
denkbaren Übergangswiderstand gewährleistet ist, wie die Fig. 3 und 4 erkennen lassen.
Dabei bilden die inneren Vorsprünge der Schleifringe 8, die in die Löcher dies
Isolators
3 und durch die Ausschnitte der Isolierhüllen 5 hindurchragen, keilartige Ansätze
9, durch welche die Schleifringe gegen Verdrehung auf dem Isolator 3 verriegelt
sind. Auch verhindern die Seitenwände der Nuten 7 jede Längsverschiebung der Schleifringe
8 auf dem Isolator 3. Die Stärke der Schleifringe kann gerade so groß gewählt werden,
als es der Verschleiß durch die Bürsten erfordert, so daß sich dieses Ziel mit dem
geringsten Aufwand an Metall erreichen läßt. Durch das Eindrehen der Nuten in den
Isolator wird der genaue Abstand der Schleifringe gewährleistet, ganz gleichgültig,
wie groß der Schleifringkörper bemessen sein mag. Er kann große Abmessungen erhalten,
wobei dennoch kleinere Toleranzen für die Abmessungen eingehalten werden können,
als es bei den mit bekannten Verfahren hergestellten Schleifringkörpern möglich
war. Die erfindungsgemäß hergestellten und beschaffenen Schleifringkörper zeichnen
sich also durch größere Genauigkeit und einen höheren Wirkungsgrad aus, als er bisher
bei derartigen Elementen erreicht werden konnte. Vor allem lassen sich die Schleifringkörper
in so kleinen Abmessungen ausführen, wie es bisher unmöglich war.
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Bei den Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß den Fig. 6 und 7 wird
der Isolator 10 in derselben Weise. wie beschrieben, geformt und mit eingedrehten
Nuten 11 versehen. Indessen werden die Kabel 12 in den Isolator 10 nicht mit eingeformt,
sondern nachträglich eingebracht. Zu diesem Zweck wird der Isolator 10 nach seiner
Herstellung mit Längsbohrungen 13 versehen. Für jeden Schleifring 14 und jedes Kabel
wird eine solche Längsbohrung eingebracht, deren Länge so bemessen wird, daß das
Kabel an dem zugehörigen Schleifring endet. Dann wird im Boden jeder Nut 11 ein
kleines Loch 15 gebildet, durch das man das abisolierte Ende der leitenden Ader
16 jedes Kabels hindurchfädelt und dann um den Isolator am Grund der Nut herumwickelt,
wie in Fig. 7 bei 17 dargestellt. Der Wickel 17 dient als Ersatz für den leitenden
Überzug, der bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 5 aufgebracht wird. Das
galvanische Niederschlagen der Schleifringe 14 in den Nuten 11 erfolgt in der gleichen
Weise, wie mit Bezug auf die Schleifringe 8 beschrieben.
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Während es sich bei den bisher beschriebenen Ausführungen der Erfindung
um zylindrische Schleifringkörper handelt, ist in den Fig. 13 bis 16 ein scheibenförmiger
Schleifringkörper nach der Erfindung gezeigt. Der Isolator 18 hat dabei die Gestalt
einer Scheibe mit einer Nabe 19, die mit achsparallelen Bohrungen 20 zum Hindurchfuhren
der Kabel 21 versehen ist. Diese führen über die Rückseite der Scheibe 18 und sind
mixt ihren Adern an Klemmen 22 angeschlossen. Die Vorderseite der Scheibe 18 weist
kreisringförmige Nuten 24 auf, deren Flanken bei 25 hinterdreht sind. Am Boden jeder
Nut liegt die betreffende Klemme 22 an ihrem einen Ende bloß. In jeder dieser Nuten
24 befindet sich eine galvanisch aufgebrachte Schicht, die einen Schleifring 23
bildet und in einem vollkommenen elektrischen Kontakt mit der Leitungsklemme 22
steht. Es sind also ebensoviel Schleifringe 23 wie Anschlußstücke vorgesehen. Diese
Ausführungsform bietet dieselben Vorzüge hinsichtlich Bauart und Wirkungsweise wie
die vorher beschriebenen.
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Für Schleifringkörper größerer Abmessungen empfiehlt sich die in den
Fig. 8 und 9 gezeigte Bauart. Bei dieser geht durch eine axiale Bohrung 27 des beliebig
hergestellten Isolators 26 ein Bündel der parallel verlaufenden Kabel 28 hindurch
(vgl. Fig. 8 links), und der Isolator hat eine große Zahl, z. B. sechsunddreißig
Nuten 29 je für einen Schleifring 30. In jeder Nut hat der Isolator ein Loch 32,
durch welches die Ader 31 des betreffenden am Ende abisolierten Kabels hindurchgefädelt
ist. Dass Ende der Ader ist dann um den Isolator in der mit Bezug auf die Fig. 6
und 7 beschriebenen Weise herumgewickelt, worauf galvanisch die die Schleifringe
30 bildenden Metallschichten aufgebracht sind.
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Die Fig. 10 bis 12 zeigen, wie ein Kommutator nach der Erfindung beschaffen
sein kann. Der elektrische Isolator 33, der irgendwie hergestellt sein kann, z.
B. mit Hilfe einer Form, hat eine axiale Bohrung 34 zum Aufstecken auf eine Welle
und einen äußeren, senkrecht zur Achse verlaufenden Flansch 35, der auf beiden Seiten
und auf der Kante eine galvanisch aufgebrachte leitende Schicht 36, z. B. aus einer
Silberlegierung, trägt und durch radiale Schlitze 38 samt der Schicht in Sektoren
39 unterteilt ist, was mit Hilfe einer Säge 37 geschehen kann. Jeder Sektor ist
an ein Kabel 40 angeschlossen, das durch eine achsparallele Bohrung 41 des Isolators
33 hindurchgeht und dessen. Ader 42 in unmittelbarer elektrischer Verbindung mit
der galvanischen Schicht 36 steht. Damit sich diese galvanische Schicht nicht lösen
kann und fest am Isolator 33 haftet, kann sie in eine durch Hinterdrehen gebildete
Nut 33a des Isolators hinein-Der Isolator kann statt mit Nuten auch mit hinterdrehten
Schultern versehen werden, welche dieselbe Wirkung haben.
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Bei dar galvanischen Bildung der leitenden Metallschichten werden
diese mit den stromführenden Leitern, die eine beliebige Gestalt aufweisen können,
elektrisch und mechanisch zu einem Gebilde vereinigt, das von dem Isolator getragen
wird und einen hohen elektrischen Leitwert hat. Die leibende Metallschicht, der
stromführende Leiter und der Isolator bilden zusammen ein elektrisches Maschinenelement,
das dem Zweck dient, einen elektrischen Strom von dem einen zum anderen zweier relativ
beweglicher Körper zu leiten. Diese Körper schleifen mit stromführenden Teilen aufeinander.
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Zwar sind: die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung
erläutert worden, und das Verfahren ist als eine bestimmte Aufeinanderfolge verschiedener
Verfahrensschritte beschrieben; doch versteht es sich,, daß dies hauptsächlich geschehen
ist, um das Wesen der Erfindung zu erläutern, und daß die Erfindung auch bei Fertigung
anderer Arten von Schleifringkörpern, Kommutatoren u. dgl. verwend bar ist und daß
sich die Verfahrensschritte und deren Reihenfolge im Rahmen der Erfindung abwandeln
lassen.