DE1157693B - Kommutator und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kommutator für eine elektrische Maschine mit einem die Kommutatorsegmente abstützenden, von den Kommutatorsegmenten elektrisch isolierten Klemmring, der einen über eine Stirnseite der Segmente in axialer Richtung überstehenden ringförmigen Teil besitzt, dessen Oberfläche von der Klemmringisolation und von einer gegebenenfalls darüber angeordneten härtbaren Zusatzisolation eingehüllt wird, auf die durch ein darüber angebrachtes, unter Spannung stehendes, in Umfangsrichtung verlaufendes Band ein radial nach innen gerichteter Druck ausgeübt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufbringen eines Bandes auf die Klemmringisolation, welches auf letztere einen radial nach innen gerichteten Druck ausübt.

Kommutatoren der eingangs erwähnten Art sind bekannt. Bei diesen bekannten Konstruktionen wird das über der Klemmringisolation angebrachte, unter mechanischer Spannung stehende und einen radialen Druck nach innen ausübende Band von einem Drahtband gebildet, das zur Verlängerung des Kriechstromweges mit einer Isolationsschicht bedeckt ist. An Stelle des Drahtbandes können auch aus Papier- und Kunststoffolien bestehende Isolierschichten verwendet werden, die durch Warmpressen auf den Klemmring aufgebracht werden. Es sind auch bereits Isolierbänder bekannt, die beim Erwärmen schrumpfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Kommutator der eingangs erwähnten Art das auf der Klemmringisolation sitzende Band derart auszugestalten, daß es eine glatte, leicht zu reinigende und gegen das Absetzen von Fremdteilchen widerstandsfähige Oberfläche hat und eine verbesserte dielektrische Schicht bildet, durch welche Kriechströme zwischen den Kommutatorsegmenten und dem Klemmring auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Kommutator der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das unter Spannung stehende Band aus einem mit wärmehärtbarem Kunstharz getränkten Isolierfaserstoff besteht, dessen in Umfangsrichtung des axial überstehenden Klemmringteiles verlaufende Fäden aus einem an sich bekannten, nach dem Aufbringen des Bandes beim Aushärten des Tränkharzes in der Wärme schrumpfenden Kunststoff bestehen, während die in Querrichtung verlaufenden Fäden aus einer nicht schrumpfenden Isolierfaser gebildet sind.

Die in Umfangsrichtung des Klemmringes verlaufenden Fäden des Bandes sind nach dem Aushärten des Bandes durch die Schrumpfung sehr stark vorgespannt, so daß ein sehr fester Sitz des Bandes Kommutator und Verfahren
zu dessen Herstellung

Anmelder:

General Electric Company,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. M.Licht,

München 2, Sendlinger Str. 55,

und Dr. R. Schmidt, Oppenau (Renchtal),

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 6. Juli 1959 (Nr. 825 280)

Robert Ward Stevens, Schenectady, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

gewährleistet ist und die auf dem axial überstehenden Klemmringteil sitzende Isolierung auch bei höchsten Drehzahlen des Kommutators einwandfrei festgehalten wird. Da nur die in Umfangsrichtung verlaufenden Fäden des Bandes beim Härten schrumpfen, wird ein gleichmäßiger radial nach innen gerichteter Druck auf die Isolierung des Klemmringes ausgeübt. Da weiterhin die in Querrichtung verlaufenden Fäden beim Härten nicht schrumpfen können, liegt das aufgeschrumpfte Band dicht an den Stirnflächen der Kommutatorsegmente an, so daß kein unerwünschter Zwischenraum entstehen kann, in dem sich Staub und andere Verunreinigungen ablagern könnten.

Weiterhin kommt beim Zusammenschrumpfen ein Teil des Tränkharzes an die Oberfläche, so daß nach dem Härten eine glasartige Oberfläche vorhanden ist, die widerstandsfähig gegen das Absetzen von Fremdteilchen ist und gleichzeitig eine zähe, gegen Beanspruchungen widerstandsfähige Deckschicht bildet.
In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 teilweise im Schnitt Kommutatorsegmente und einen Klemmring, der durch verschiedene Isolationsschichten gegenüber den Segmenten isoliert ist, und

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt der im Kommutator verwendeten Abdichtung.

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Härteprozesses und bildet die gezeigte Anordnung. Der Wulst hat die notwendige Elastizität, damit er die verschiedenen Ausdehnungen der Segmente und des Ringes während des Betriebes aufnehmen kann. 5 Für den Wulst 24 kann dann irgendein dehnbarer, elastischer Stoff verwendet werden, beispielsweise wärmebeständige synthetische Elastikstoffe, wie Polyacrylgummi oder Polyurethangummi.

An Stelle des Polyäthylen-Therephthalat-Glasfaser-

In der Zeichnung ist ein Klemmring 10 gezeigt, auf dessen Umfang die Kommutatorsegmente 12 in der üblichen Weise angeordnet sind. Zur Isolierung des Klemmringes gegenüber den Kommutatorsegmenten dienen ein Luftzwischenraum 13, eine mit Schellack oder einem anderen harzähnlichen Stoff behandelte Glimmerschicht 14 und eine über dem Glimmer 14 angeordnete Isolierschicht 16 aus einem mit Harz behandelten Glasfaserstoff, Baumwollgewebe oder

anderem Stoff. Wenn der Kommutator nur bei ver- io bandes kann irgendein Stoff verwendet werden, der hältnismäßig niedrigen Spannungen betrieben wird, ausgerichtet und anschließend zur Erzielung einer kann die Schicht 16 weggelassen werden. Wie aus der Schrumpfung und Umkehr in den ursprünglichen ZuZeichnung ersichtlich ist, erstreckt sich die Schicht 16 stand erwärmt werden kann. Derartige Stoffe können um die Kante des Klemmringes und ist in eine ring- aus Polycarbonat-, Polyolefin-, Polyester- undAcryloförmige Nut 18 auf der Unterseite des Klemmringes 15 nitrilharzen hergestellt werden,
eingeführt und darin durch eine Schnur 20 od. dgl. Auch zum Imprägnieren des Bandes können verfestgemacht. Erfindungsgemäß werden eine oder schiedene Harze verwendet werden, jedoch ist eine mehrere Schichten aus einem mit wärmehärtbarem Kombination aus hochpolymerisiertem Polyvinyl-Kunstharz imprägnierten Isolierfaserstoffband 22 auf formal und einem wärmehärtbaren Polyesterharz die freiliegende Ringumfangsfiäche der Schicht 16 20 besonders geeignet.

aufgebracht. Das Band kann durch eine Umschnü- Ein hochpolymerisierter fester Stoff verleiht einem

rungsmaschine aufgebracht werden, es kann aber wärmehartbaren Harz, das normalerweise spröde ist, auch mit der Hand genügend gespannt werden. Das Zähigkeit und eine hohe Zugfestigkeit und ergibt Band nimmt die zwischen den Segmenten und dem daher einen mit Fasern verstärkten Stoff, der die im Klemmringende liegende Fläche ein, kann aber auch 25 Betrieb auftretenden Stöße, Vibrationen und Biegeje nach Bandgröße, Kommutatorgröße, Länge des spannungen aushält.

Kriechweges, Betriebsspannungen, Umweltbedingungen u. dgl. eine größere Fläche bedecken.

Das Isolierfaserstoffband 22 besteht aus einem

Stoff, dessen Kette vorzugsweise aus Polyäthylen-Therephthalat-Fasern und dessen Schuß aus Glasfasern besteht. Vor dem Aufbringen auf den Klemmring 10 wird der Stoff mit einer durch Wärme härtbaren harzähnlichen Verbindung behandelt, die teilweise gehärtet wird, damit das Band nicht mehr so klebrig ist und beim Aufbringen leichter gehand-

habt werden kann.
Nachdem das Band aufgewickelt worden ist, wird

das Harz bei einer Temperatur von ungefähr 130° C gehärtet. Beim Härten schrumpfen die ausgerichteten Kunststoffkern ungefähr um 2 bis 5% ihrer Länge und üben daher einen nennenswerten Druck auf den Glimmer 14 und die Isolierschicht 16 aus. Dieser Druck wird dauernd ausgeübt, da eine Entspannung der Fasern nicht auftritt, wenn die Anordnung auf Raumtemperatur abgekühlt wird oder anschließend Es hat sich herausgestellt, daß sich mit dem folgenden Imprägnierungsverfahren die gewünschten Ergebnisse erzielen lassen:

in dem für eine bestimmte Maschine zu erwartenden Temperaturbereich betrieben wird. Wegen der Verträglichkeit der verwendeten Harze verbindet sich das Band 22 auch mit der Isolierschicht 16.

Wie erwähnt, wird das Harz zunächst nur teilweise gehärtet, so daß beim Einschrumpfen der PoIyärhylen-Therephthalat-Fasern während des Härteprozesses das Harz an die Oberfläche des Bandes gedrückt wird und anschließend zu einer glatten und zähen Substanz erstarrt, die eine glasartige Oberfläche bildet, auf der sich Fremdteilchen kaum absetzen können. Durch die glasartige Oberfläche werden Kriechströme zwischen den Segmenten und dem Klemmring auf einen Mindestwert verringert.

Um zu verhindern, daß in den Raum zwischen den Segmenten und dem Ring eine Flüssigkeit einsickert oder feste Teilchen eindringen, wird eine aus einem Wulst aus Silicongummi 24 bestehende Dichtung mit

(1) Ein polymerisierbares ungesättigtes Alkydharz, das man durch die Veresterungsreaktion einer Mischung aus einem mehrwertigen Alkohol und einer α-ungesättigten a-/?-Polycarbonsäure, beispielsweise Diäthylen-Glycol-Maleat, erhält;

(2) pro 1 bis 3 Gewichtsteile von (1), ungefähr 1 Gewichtsteil eines dazu polymerisierbaren anderen Monomers, beispielsweise Styrol, Polyester, die sich mit genanntem ungesättigtem Alkydharz vertragen und durch Veresterung von Allylalkohol mit einer mehrbasischen Säure, besonders Polycarbonsäure, beispielsweise Diallylphthalat erhalten wird usw.;

(3) ein Katalysator zur Beschleunigung der Mischpolymerisation von den Bestandteilen (1) und (2), beispielsweise Benzolperoxyd;

(4) von 15 bis 75 Gewichtsprozent der Gesamtmenge von (1), (2) und (4) ein Polyvinylacetalharz, insbesondere ein Polyvinylformalharz;

(5) ein leichtflüchtiges Lösungsmittel für die Bestandteile (1), (2) und (4), beispielsweise Äthylendichlorid, eine Mischung von Äthylalkohol und 1-Nitropropan, eine Mischung von Äthylalkohol und Toluol usw. und

(6) ein Verzögerungsmittel, beispielsweise ungefähr 0,01 bis 0,1 Gewichtsprozent, bezogen auf die Bestandteile (1) und (2), Chinon oder Hydrochinon. Die verwendete Lösungsmittelmenge ist ungefähr zwischen 5- und 20mal, vorzugsweise lOmal so groß wie die Menge des Polyvinylformalharzes.

Es können natürlich auch andere, andersartig

dem Glimmer 14, den Kupferwänden 26 und der fr zusammengesetzte härtbare Harze, beispielsweise

Unterseite 28 der Segmente verbunden. Das Band 22 Phenolharze, Epoxydharze oder Siliconharze, an Stelle

wird über der Gummidichtung 24 angebracht, und die der Bestandteile (1) und/oder (2) des oben beschrie-

gesamte Anordnung verbindet sich während des benen Harzsystems unter der Voraussetzung ver-

wendet werden, daß sie dieselben bereits erwähnten Eigenschaften haben.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   J. Kommutator für eine elektrische Maschine mit einem die Kommutatorsegmente abstützenden, von den Kommutatorsegmenten elektrisch isolierten Klemmring, der einen über eine Stirnseite der Segmente in axialer Richtung überstehenden ringförmigen Teil besitzt, dessen Oberfläche von der Klemmringisolation und von einer gegebenenfalls darüber angeordneten härtbaren Zusatzisolation eingehüllt wird, auf die durch ein darüber angebrachtes, unter Spannung stehendes, in Umfangsrichtung verlaufendes Band ein radial nach innen gerichteter Druck ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das unter Spannung stehende Band (22) aus einem mit wärmehärtbarem Kunstharz getränkten Isolierfaserstoff besteht, dessen in Umf angsrichtung des axial überstehenden Klemmringteiles verlaufende Fäden aus einem an sich bekannten nach dem Aufbringen des Bandes beim Aushärten des Tränkharzes in der Wärme schrumpfenden Kunststoff bestehen, während die in Querrichtung verlaufenden Fäden aus einer nicht schrumpfenden Isolierfaser gebildet sind.
2. 2. Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Stoßstelle zwischen dem Band (22) und der Stirnseite (26) der Segmente unterhalb des schrumpffähigen Bandes (22) eine Dichtung (24) aus einem dehnbaren Stoff angeordnet ist.
3. 3. Kommutator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (24) aus Silicongummi besteht.
4. 4. Verfahren zum Aufbringen des schrumpffähigen Faserbandes auf die Isolation des axial überstehenden Klemmringteiles beim Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einer wärmehärtbaren Harzverbindung imprägnierte Faserband aus in Umfangsrichtung des Klemmringes verlaufenden, in der Wärme schrumpffähigen Kunststoffasern und in Querrichtung verlaufenden nicht schrumpfenden Isolierfasern auf die Isolation des in axialer Richtung über die Stirnseite der Lamellen überstehenden Teiles des Klemmringes gewickelt wird und anschließend der Kommutator, die Isolation und das Band erwärmt werden, wodurch das Faserband in Umfangsrichtung des Kommutators schrumpft und einen auf die darunter befindliche Isolation gerichteten Druck erzeugt sowie die Harzverbindung aushärtet und eine glatte Deckschicht auf dem Faserband bildet.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das im Band befindliche Imprägnierharz während des Härtens auf die Bandoberfläche gepreßt wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 877166, 749 910,
   540 081;

   deutsche Auslegeschrift Nr. 1015 526;
   USA.-Patentschriften Nr. 2519 217, 2400968,
   307588, 1326 303, 1046 743, Reissue 20430.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   ©309 749/161 11.63