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Wickelkollektor und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung
betrifft einen Wickelkollektor zur Zuführung oder Ableitung elektrischer Ströme
oder Spannungen zwischen relativ zueinander umlaufenden Teilen, vorzugsweise einem
ortsfesten und einem umlaufenden Teil, mit in Achsrichtung eines umlaufenden Körpers
verlaufenden Leitern, die aus dünnen, wickelbaren Metallstreifen gebildet sind,
welche zusammen mit mit diesen verbundenen, aus zusammenhängenden Stücken blattförmigen
Werkstoffes bestehenden Isolatoren zu einem Wickel zusammengerollt sind. Die Erfindung
betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wickelkollektors.
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Es ist eine Schleifringanordnung, insbesondere für den Betrieb von
zur Temperaturmessung in umlaufenden Teilen dienenden Thermoelementen bekannt, bei
der auf eine Welle eine Metallstreifen tragende Isolierschicht aus mit einer Klebeschicht
versehenem Band aufgewickelt ist. Die Metallstreifen werden dabei vor dem Aufwickeln
des Klebebandes auf dessen nicht mit einer Klebeschicht versehene Fläche ebenfalls
aufgeklebt, und zwar ein zweiten Metallstreifen unter Zwischenlage eines zweiten
Isolierstreifens so, daß er über zungenartige Queransätze des ersten Streifens hinweggeht.
Das Ganze wird so um eine Welle gewickelt, daß die Längsrichtung der Metallstreifen
zur Umfangsrichtung wird.
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Es ist weiter ein Verfahren zur Herstellung von Kollektoren für Gleichstromkleinmotoren,
insbesondere Gleichstromzähler bekannt, bei dem ein Lappen aufweisendes Isolierblatt
um die Welle gelegt wird, auf das die Kollektorlamellen, welche besondere Teile
darstellen, aufgelegt werden, wonach die Lappen des Isolierblattes um die Enden
der Lamellen herumgelegt und über die Endbereiche schließlich Halteringe geschoben
werden.
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Es ist ferner bekannt, Kollektoren kleinen Durchmessers für kleine
Motoren, z. B. für Zähler, dadurch herzustellen, daß mehrere isolierte Drähte als
mehrgängige Wendel um die Welle gewickelt werden. Die Isolierung der Drähte wird
dann außen teilweise entfernt, so daß mit den freigelegten Stellen Bürsten leitend
Berührung bekommen.
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Es ist weiter an sich bekannt, leitende Lamellen auf einer Isolierschicht
in vielerlei Weise herzustellen, z. B. durch Drucken, Fotogravuren, elektrolytisches
Niederschlagen oder noch anderes. Schließlich ist es auch an sich bekannt, Schleifringe
mit Wendelnuten zu versehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, kollektor- oder schleifringartige
Anordnungen von sehr kleinem Durchmesser zu schaffen, die sich in einfacher, keine
technischen Schwierigkeiten bietender Weise herstellen lassen. Die Durchmesserverkleinerung
spielt eine besondere Rolle für die Reibungsverminderung, die bei der Zu- und Ableitung
elektrischer Ströme und Spannungen durch Gleitkontakte z. B. an elektrisch angetriebenen
Kreiselgeräten wiederum von ausschlaggebender Bedeutung ist.
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Die Erfindung besteht darin, daß mindestens ein blattförmiger Isolator
vorgesehen ist, auf dem Metallstreifen aufgebracht sind, die parallel zur geometrischen
Achse des Wickels von dessen einer zur anderen Stirnseite verlaufen, und daß der
Isolator mit den auf ihm angeordneten Metallstreifen an den Kanten, an denen die
Metallstreifen enden, derart stufenförmig verläuft, daß die Metallstreifen stufenweise
zunehmende Länge haben, und an den Enden des fertigen Wickels im Durchmesser abgesetzt
leitende, Kollektorlamellen bildende oder schleifringartige und dazwischen gegebenenfalls
isolierende Mantelbereiche gebildet sind, wobei das Mittelstück des Wickels vorzugsweise
durch einen Isolierbereich abgedeckt ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Wickelkollektor ist also eine Wickelspirale
gebildet, die mehrere Windungen aufweist, wobei ein und derselbe isolierende Träger
die Isolierung zwischen den auf verschiedenen und radial verschieden weit von der
Wickelachse entfernte Windungen liegenden leitenden Bereichen bildet. Die auf dem
blattförmigen Ausgangswerkstoff die Breite der Metallbereiche angebende Richtung
wird im Wickel zur Umfangsrichtung. Je nach der Breite der Metallbereiche entstehen
also auf dem Wickel Kollektorlamellen oder Schleifringe. Letztere kommen dann zustande,
wenn die Breite der Metallbereiche mindestens gleich dem Umfang der von ihnen gebildeten
Wickelwindung ist, worin somit eine weitere Ausbildung der Erfindung liegt.
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Die Metallstreifen können also so schmal sein, daß
auf
einer Windung des Wickels mehrere Metallstreifen zu liegen kommen. Diese Anordnung
entspricht dann derjenigen von Kollektorlamellen, und zwar gegebenenfalls auf jeder
von mehreren vorgesehenen Windungen. Wenn die Breite der Metallstreifen mindestens
gleich dem Umfang der aus ihnen gebildeten Wickelwindung ist; schließen sich die
Streifen im Wickel zu annähernd zylindrischen Flächen, so daß an den Enden des Wickels
schleifringartige Gebilde entstehen.
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Es ergeben sich Gruppen verschiedener Ausführungsmöglichkeiten, je
nachdem, ob der blattförmige Isolator innerhalb derselben Stufe über die Enden der
Metallstreifen 'übersteht oder ob statt dessen oder zusätzlich von Bereichen des
Isolators, die nicht von Metälistreifen bedeckt sind, besonders Stufen gebildet
sind.
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Wenn die Metallstreifen schmaler sind, als dem Umfang der aus ihnen'gebildeten
Wickelwindung entspricht, also auf derselben Wickelwindung ein Zwischenraum oder
mehrere Zwischenräume zwischen den Metallbereichen liegen, so ergeben sich weitere
Abwandlungsmöglichkeiten, wenn die metallischen Streiferi'und ihre Abstände, -die
auf derselben Wickelwindung liegen, unter sich oder je für sich verschieden breit
gemacht werden.
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Es ist auch möglich, nur in den schleifringartig be-,putzten Enden
der metallischen Bereiche für eine Unterbrechung 'der Kontaktgabe durch isolierende
Zwischenräume zu sorgen, Solche Unterbrechungen können z. B. durch Zahnung der Metallstreifenkante
erzeugt sein: Zweckmäßig steht der blattförmige Isolator über die Enden der Metallstreifen
über, so daß Kurzschlüsse zwischen dem Metallbereich der einen Wicklung und dem
Metallbereich einer darüber- oder darunterliegendenWicklung an den Stirnkanten erschwert
werden, :besonders wenn Stufen metallischer Bereiche ohne .Zwischenschaltung von
Stufen mit isolierender Oberfläche unmittelbar aufeinander folgen.
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Eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes liegt darin,
daß mehrere Werkstoffstreifen ineinandergewickelt * werden, wobei sich wieder mehrere
Gruppen von Ausführungsmöglichkeiten ergeben, je nachdem, ob mehrere mit Metallstreifen
versehene blattförmige Isolatoren ineinandergewickelt werden oder ob mit Metallstreifen
versehene blattförmige Isolatoren mit anderen blattförmigen Isolatoren ohne Metallstreifen
ineinandergewickelt werden. Mittels solcher zusätzlicher blattförmiger Isolatoren
ohne Metallstreifen läßt sich leicht das überstehen isolierender Bereiche über metallische
Bereiche erzielen.
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Der blattförmige Isolator kann z. B. aus Kunststofffolie oder mit
Kunststoff getränkten Trägern oder aus Papier, vorzugsweise Kondensatorpapier, bestehen.
Kondensatorpapier von 10 bis 20 Mikron Dicke läßt sich mit Erfolg verwenden. Die
Metallstreifen sind zweckmäßig etwa ebenso stark wie der sie tragende blattförmige
Isolator oder etwas stärker. Die Herstellung und das Aufbringen der Metallstreifen
läßt viele an sich bekannte Abwandlungsmöglichkeiten zu. So können die Metallstreifen
aus Metallfolie bestehen und aufgeklebt sein. Sie können auch aus einer metallisch
leitenden Masse aufgedruckt sein. Weiter können sie aufgedampft sein.
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Zweckmäßig weisen die an den Wickelenden gebildeten schleifringartigen
Metallmantelbereiche mindestens je eine umlaufende Rille auf, die als Führung für
die den Strom abnehmenden oder zuleitenden Elemente oder Bürsten dienen, aber auch
das Verbinden mit ebenfalls umlaufenden Teilen, z. B. das Anlöten von elektrischen
Leitern, erleichtern können. Die Rillen lassen sich z. B. mittels Kerbzangen herstellen.
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Der Wickelkern kann durch den Wickel selbst gebildet sein. Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist der Wickel auf einen an seinen Enden herausragenden
Mittelstab, vorzugsweise aus elektrisch leitendem Werkstoff (Metalldraht), aufgeschoben.
Der Mittelstab gibt dem ganzen Wickel Festigkeit und mechanische Widerstandskraft
vor und beim Einbau. Besteht er aus Metalldraht, so kann er auch zur Stromzuführung
oder -abnahme benutzt werden. Bei ausgeführten Wickeln wurden z. B. Mitteldrähte
von etwa 0, 3 mm Durchmesser mit Erfolg verwendet.
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Die Erfindung liegt weiter in dem Verfahren zur Herstellung von Wickelkollektoren
der beschriebenen Art. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der blattförmige
Isolierkörper mit den Metallstreifen fortlaufend bedeckt und als so langer (endloser)
Streifen hergestellt wird, daß seine Länge für das aufeinanderfolgende Abschneiden
der Rohlinge für viele daraus zu wickelnde Kollektoren ausreicht, daß diese Streifen
zu Rollen gewickelt und von den von der Rolle abgezogenen Streifen jeweils die Rohlinge
abgetrennt und dabei an den beiden Stirnkanten treppenförmig begrenzt werden, vorzugsweise
durch Ausstanzen, daß anschließend aus den so geformten Rohlingen auf Wickelautomaten
Wickel gerollt werden, die dann auf Mittelstäbe aufgeschoben werden, wonach die
Wickelwindungen miteinander verklebt werden, z. B. unter Verwendung isolierenden
Klebstoffes oder Gußharzes, wonach schließlich die an den Enden des Wickels frei
liegenden, im wesentlichen ringförmigen, schleifringartigen Metallmantelbereiche
mit Ringnuten versehen werden.
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Das Verkleben der Wickelwindungen kann schon während des Wickelns,
z. B. durch Aufsprühen des Klebstoffes, vorgenommen werden.
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Dieses Verfahren kann dahin erweitert werden, daß der Wickelkollektor
mittels eines an sich bekannten Vakuum-Imprägnierverfahrens mit einem klebenden
Isoliermittel, z. B. Kunstharz, imprägniert wird.
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Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung.
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F i g. 1 ist ein Schrägbild, das den für die Herstellung eines erfindungsgemäß
ausgebildeten Wickelkollektors vorbereiteten Werkstoff als Halbzeugband zeigt; F
i g. 2 zeigt, wiederum im Schrägbild, den von einem Halbzeugband nach F i g. 1 z.
B. durch Stanzen abgetrennten Rohling; F i g. 3 ist ein Schrägbild des einen Endes
eines aus einem Rohling ähnlich dem in F i g. 2 dargestellten, auf einen Draht gewickelten
und in eine Hohlachse eingesteckten Kollektors.; F i g. 4 ist eine Ansicht eines
mit dem Kollektor zusammenwirkenden Gleitleiters (Bürste); F i g. 5 zeigt einen
Schnitt durch ein Anwendungsbeispiel mit in ein drehbares Bauteil eingebautem erfindungsgemäßem
Wickelkollektor.
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Das in F i g. 1 gezeigte bandförmige, zu einer Rolle 1 aufgewickelte
Material besteht aus einem dünnen Papierstreifen 2; auf den in Abständen
Metallstreifen
3 und 4 aufgebracht sind, neben denen Bereiche 5, 6 und 7 des isolierenden Papierstreifens
2 frei bleiben.
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Von dem mit den Metallstreifen versehenen Papierstreifen lassen sich
an den Kanten stufenförmig begrenzte Rohlinge abschneiden, wie in F i g. 2 einer
als Ganzes mit 8 bezeichnet ist.
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Bei dem Beispiel nach F i g. 3 ist aus einem den in F i g. 2 gezeigten
Rohling 8 ähnlichen Rohling ein Wickel um einen Draht 9 gewickelt, der zu beiden
Seiten aus dem Wickel herausragt. In F i g. 3 ist nur das vordere Ende sichtbar.
Der als Ganzes mit 10 bezeichnete Wickel ist in eine Hohlachse 11 eingesteckt. Der
Rohling, aus dem der Wickel 10 hergestellt wurde, ist also in Achsrichtung
wesentlich länger als der in F i g. 2 gezeigte Rohling B. Auf dem aus der Hohlachse
herausragenden Ende des Wickels 10 wechseln sich Bereiche mit isolierenden Oberflächen
7', 6' und 5' mit schleifringartigen Metallbereichen 4' und 3' ab.
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Es ist nicht unbedingt notwendig, daß der Rohling und damit der Wickel
an beiden Enden symmetrisch ausgebildet ist, Die der Stufung entsprechenden Ringbereiche
können vielmehr unter sich verschieden breit und an dem einen Ende schmaler oder
breiter sein als an dem anderen. Es sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen
die Stufung nur an einem Ende des Wickels vorgesehen ist.
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Bei dem Beispiel nach F i g. 4 weist ein Kollektorring 4" eines Wickelkollektors
eine Ringnut 12 auf. In die Ringnut greifen die Schenkel 13 und 14 eines etwa stimmgabelförmigen
Gleitleiters, z. B. Stromabnehmers, ein, der um eine Achse 15 schwingend aufgehängt
ist und dort eine Schleife 16 bildet, an die ein Stromzuführungsdraht 17 anschließt,
vorzugsweise angelötet ist.
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Bei dem Beispiel nach F i g. 5 unterscheidet sich der Kollektor
10' von dem Kollektor 10 nach F i g. 3 dadurch, daß die Stufen am
Kollektorende nicht abwechselnd Bereiche mit metallischen oder isolierenden Oberflächen
bilden, sondern daß jede Stufe eine metallische Oberfläche aufweist und der Isolator
jeweils nur geringfügig über die Stirnkante der Metallfläche hervorragt, um Kurzschlüsse
mit der Metallfläche der nächsten Stufe zu vermeiden. Auf jedem kollektorringartigen
Metallbereich liegt ein Schenkel 13 eines der Darstellung der F i g. 4 entsprechenden
Stromabnehmers auf. Die Hohlachse 11 gehört zu einem sich drehenden Bauteil
18, der seinerseits mit einem sich ebenfalls mitdrehenden Bauteil
19 verbunden ist. Die Bauteile 18 und 19 schließen das in F i g. 5 rechte
Ende des Wickelkollektors ein. Die Hohlachse ist in Lagern 20 und
21, die vorzugsweise Wälzlager sind, leicht drehbar gelagert, und zwar gegenüber
einem ortsfesten Gehäuseteil 22, an dem auch die Lagerachse 15 für die Stromabnehmer
13 befestigt ist.
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An den an dem in F i g. 5 rechten Ende des Wickelkollektors
10' aus diesem herausragenden stufenförmigen Metallringflächen sind Leiter
23 jeweils bei 24 angelötet, die zu in dem umlaufenden Teil 19 angeordneten
Verbrauchern oder Gebern führen. Die Leiter 23 drehen sich also in der Gesamtanordnung
mit.
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Weitere Abwandlungen ergeben sich, wenn an der in F i g. 5 rechten
Seite ein Bauteil vorgesehen ist, der gegenüber der Hohlachse 11 seinerseits wiederum
eine Drehung ausführt. In solchen Fällen kann der Stromübergang auch an dem in F
i g. 5 rechten Ende des Wickelkollektors 10' durch Gleitleiter 13 ebenso bewerkstelligt
werden, wie es für das in F i g. 5 linke Ende gezeichnet ist.