DE1934213C3

DE1934213C3 - Verfahren zur Herstellung eines Kommutators

Info

Publication number: DE1934213C3
Application number: DE1934213A
Authority: DE
Inventors: Claus Bertram; Heinz Wilke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1969-07-05
Filing date: 1969-07-05
Publication date: 1980-07-10
Also published as: JPS50486B1; FR2052882A5; DE1934213B2; US3664012A; GB1308555A; DE1934213A1

Description

Die Frfindung be/iehl sich auf ein Verfahren /iir lerslclliing eines Kommutators für elektrische Maschinen, dessen Segmente in einer Isolierstoffnabe verankert sind und durch axiales Auftrennen eines Segmentrings gewonnen werden, der durch Kaltfließpressen hergestellt, an einem linde einer Außenseile mit einem Anschlußbahnen bildenden Bund und an seiner Innenseile mil Verankerungsmitteln versehen ist.

Bei elektrischen Maschinen wird der Strom in den Ankerwicklungen über einen Kommutator zu- bzw. abgeführt, dessen Isolierstoffnabe auf der Maschinenwelle befestigt und dessen in dieser Nabe verankerte Segmente an einem Ende mit den Anschlußdrähten der Ankerwicklungen verbunden sind. Die Stromzu- bzw. -abführung erfolgt dabei über Kohlebarsten, die auf der Lauffläche der Kollektorsegmente aufliegen. Um den Abrieb zwischen den Kohlebürsten und den Segmenten sowie den elektrischen Übergangswiderstand luein zu

to halten, werden die Segmente aus Kupfer hergestellt.

AusderCH-PS3 95 29I ist bereits ein Verfahren zum Herstellen eines Kommutators bekannt geworden. An einem Rohrstück werden dabei Halteorgane für die Isolierstoffnabe sowie der Anschlußbund durch Anspali^n und/oder Anstauchen der Rohrstückenden hergestellt, ehe das Rohrstück in einzelne Segmente aufgeteilt wird. Die so hergestellten Segmente des Kommutators bestehen jedoch nur aus einem Material.

Außerdem ist aus der US-PS 34 07 491 ein Fließpreßverfahren bekannt geworden, mit dem ein Kommutator aus einem zylindrischen Kupferrohling hergestellt wird.

Auch dieser Kommutator hat lediglich Kupfersegmente.

Demgegenüber ist zwar aus der US-PS 24 36 910 ein

Kommutator bekannt geworden, dessen Segmente aus zwei Stoffen bestehen. Der Rohling für die einzelnen Segmente ist hier ein Strang, der aus einem Stahlkern besteht und mit einefi^Kupfermaniel fest verbunden ist. Aus einzelnen Strangabschnitten werden dann die Segmente einzeln hergestellt, indem sie durch Vollprä-

«i gen zwischen zwei Stauchebenen bei geringer Formänderung umgeformt und danach durch Ausstanzen in ihre endgültige Form gebracht werden. Die Kommutatorsegmente behalten dabei einen Kiipfcrübcr/.ug sowohl an der Lauffläche als auch an der konvergierenden

i'i Seitenflächen. Der Stahlkern der Segmente dient hier lediglich zum Vergrößern der Sieifigkeit. damit sich die Segmente beim Spannen zwischen Druckringen nicht verformen. Die Herstellung dieses bekannten Kommutators ist jedoch unwirtschaftlich, zunnil seine Segmente

to einzeln mit reichlich Abfall und nicht aus einem durch materialsparendes Fließpressen hergestellten Segmentring gebildet weiden.

Da Kupfer leuer ist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kommutator herzustellen, dessen

'■'· Segmente lediglich eine dünne Schicht der Lauffläche aus Kupfer aufweisen und für die übrigen Teile der Segmente und ihre Verankerung in der Isolierstoffnabe ein billigeres Material besitzen. Dabei sind die Segmente aus einem Scgnicntring zu bilden, der ohne

'" Maierialverlusi durch Fließpressen herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird crfindurigsgeniäß dadurch gelost, daß mindestens zwei als Ringscheiben mindestens annähernd gleichen Durchmessers gestaltete und in Achsrichtung aneinanderliegend angeordnete Rohlinge

v> aus Kupfer und aus einem anderen Metall in einem Arbeitsgang durch Kaltfließpressen derart zu einem Segmeniring geformt werden, daß das Kupfer lediglich in die eine SegmenllaLiffliichc bildende äußere /one und das andere Metall in die die Verankerungsmillcl

h" bililendc innere /one und den die Anschlußfahnen bildenden Bund gelangt, und dal! beide Metalle beim Fließpressen an ihrer Berührungsfläche fest miteinander verbunden werden. Dabei kann in vorteilhafter Weise das an sich bekannte Vorwärts-Hohlflicßpreßverfahreri ■ angewendet werden, indem die beiden als Ringscheiben gestalteten Kohlinge in das Gesenk eines Flicßprcßwerkzeugs eingelegt und mit einem l'reßslempel zumindest teilweise durch einen von der Gesenköffnung

und dem Preßslempel gebildeten Ringspall gepreßt werden. Beim Durchtritt durch den Ringspalt werden ihre Berührungsflächen stark gestreckt und dabei beide Metalle in diesem Bereich durch Kaltschweißung miteinander verbunden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. I zwei vorgefertigte Rohlinge zur Herstellung des Segmentringes eines Kommutators im Querschnitt.

Fi g. 2 ein Fließpreßwerkzeug mit den zwei in einem Gesenk aufeinanderliegenden Rohlingen, ebenfalls im Querschnitt,

Fig.3 das gleiche Fließpreßwerkzeug mit einem aus den Rohlingen nach Fig. 1 und 2 gewonnenen Segmentring,

Fig.4 zeigt den Segmetitring im Querschnitt nach der Linie IV-IV in F i g. 3 und

F i g. 5 zeigt einen Kommutator, dessen Segmente aus einem mit einer Isolierstoffnabe vcrprcßtcn Segmentring nach F i g. 3 und 4 hergestellt sind.

In Fig. 1 sind die zwei zur Herstellung eines Segmeniringes dienenden Rohlinge mit 10 und 11 bezeichnet, die als Ringscheiben von Rohren abgetrennt oder aus Stangenabschnitten durch Kaltfließpressen und/oder Stanzen gewonnen werden. Der obere Rohling 10 ist aus Aluminium, der untere Rohling 11 aus Kupfer. Beide Rohlinge 10 und 11 haben gleich große Außen- und Innendurchmesser und sind jeweils mit einer konischen, nach innen bzw. nach außen verlaufenden Stirnfläche 10a, 11a versehen.

Fig. 2 zeigt das zur Herstellung des Segmentringes verwendete Fließpreßwerkzeug 12. Es besteht aus einem geteilten Gesenk 13, dessen untere Hälfte 13a eine öffnung 14 aufweist, die durch eine Hinierdrchiing 14a nach unten erweitert ist und die sich oben mit einer konisch nach außen gerichteten Schulter I4£> zu einer Bohrung 15 erweitert, die sich in der oberen Hälfte 136 des Gesenks 13 fortsetzt. Oberhalb des Gesenks 13 ist ein Fließpreßsiempel 16 angeordnet mit einem Zapfen 17. der mit Ober seinem Umfang gleichmäßig verteilten, in Achsrichtung verlaufenden sehwalbcnschwan/lörmigen Nuten 18 versehen ist. Der Zapfen 17 wird oben durch eine Schulter 19 des Flicßprcßstempcls 16 bcgrcn/t. Der Flioßprcßslcmpel 16 ist dabei so bemessen, daß sein oberhalb der Schulter 19 liegender Teil in die Bohrung 15 des Gesenkt 13 mit geringem Spiel hineinpaßt. Die beiden in F"ig. I dargestellten Rohlinge 10 und 11 werden in der Bohrung 15 des Gesenks 13 mit ihren konischen Stirnflächen I0a und 1 la so aufeinandergclcgi. daß ihre Berührungsfläche 20 in Fließpreßrichtung konisch von außen nach innen verläuft.

Zur Herstellung des Segmentringes wird der l'rcßslempcl 16 in Pfeilrichtung nach unten bewegt, wobei der Zapfen 17 durch die Öffnung der Rohlinge 10. 11 hindiirchtrilt und mit i.cincm vorderen Finde bis in die Öffnung 14 im unteren Teil des Gesenks 13 hineinragt. Sobald nun der Preßstempel 16 mit seinem Schulieninsiitz 19 auf der oberen Stirnfläche des Rohlings 10 aufsitzt, werden mit fortschreitender Bewegung des Preßstempels 16 in Pfeilrichtung die Rohlinge 10 und 11 durch den Ringspalt 21 gepreßt, der ',ich aus dir Gesenköffnung 14 und dem Zapfen 17 des Fließprebstempels 16 ergibt (Fig. 3). Dabei wird das Material der beiden Rohlinge 10 und 11 derart verformt, daß das Kupfer des unteren Rohlings 11 in die äußeren Zonen und das Aluminium des oberen Rohlings 10 in die inneren Zonen des unterhalb des Ringspalies 21 entstehenden rohrförmigen Segmentringes 22 gelangt.

Beim Durchtritt des Materials der Rohlinge 10,11 durch den Ringspalt 21 wird es an ihrer Berührungsfläche 20a stark gestreckt (s. Fig.3), so daß Oxydschichten an ihren Oberflachen aufgerissen und die beiden Metalle in diesem Bereich durch Kaltschweißung miteinander verbunden werden. Beim Durchfließen von Aluminium des oberen Rohlings 10 durch den Ringspalt 21 werden durch die schwalbenschwanzförmigen Nuten 18 im Zapfen 17 des Fließpreßstempels 16 an der Innenseite des Segmentringes 22 schwalbcnschwanzförmige

μ Längsrippen 23 gebildet (s.F i g. 4).

F i g. 3 zeigt das Fließpreßwerkzei>g 12 mit dem aus den beiden Rohlingen 10, 11 gewonnenen Segmentring 22. Der Fließpreßstempel 16 ist dabei soweit in die Bohrung 15 des Gesenkes 13 eingedrungen d^ß der untere Rohling 11 vollständig und der obere 10 teiweise durch oen Ringspalt 21 gepreßt ist. so daß von ihm noch ein Bund 24 oberhalb des Ringspaltes 21 zur Herstellung von Anschlußfahnen verbleibt. Das Kupfer des unteren Rohlings 11 ist dabei in die unterhalb des Bundes 24

ju liegende äußere Zone des Segementringes 22 gelagert, aus welcher bei der Weiterverarbeitung die Lauffläche 25 der Kommutatorsegmente gebildet wird. Die miteinander verschweißte Berührungsfläche 20a beider Materialien des Segmentringes 22 verläuft über die

>j Länge der Segmentlauffläene 25 in Fließpreßrichtung konisch von außen nach innen.

Die weitere Verarbeitung des Segmentringes 22 /u einem Kommutator 26 nach F i g. 5 erfolgt in an sich bekannter Weise, indem der Segmentring 22 zunächst in

4M einer Preßform mit einer Isolierstoffnabe 27 versehen wird mit einer Bohrung 28 zur Montage des Kommutators 26 auf einer Maschinenwelle. Hierauf wird der Segmenlring 22 mit seinem Bund 24 in Achsrichtung in einzelne Konimutatoisegmtnte 29 mit

ν* Ansehlußfahnen 30 aufgesagt. Die einzelnen Segmente 29 sind dabei durch jeweils eine Längsrippe 23 im Isolierstoff der Nabe 27 fest verankert. Zur Aufnahme von Ankerdrähten werden schließlich die Anschltißfuhnen 30 mit Ausschnitten 31 verschen.

ι» Der auf diese Weise hergestellte Kommutator 26 ist mit Segmenten 29 ausgerüstet, deren äußere Schichten im Bereich der Lauffläche 25 aus Kupfer und deren Zonen im Bereich der Verunkcrungsrippen 23 und im bereich der Ansehlußfahnen 30 aus Aluminium beste-

η hen. Dabei erstreck! sich die Berührungsfläche 20;/. an der beide Metalle innig miteinander verbunden sind über die Länge der Scgmentlauffläche 25 ind /war hinter den Ansehlußfahnen 30 beginnend bis /um Segmcnicndc koiv ,cn von außen nach innen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Herstellung eines Kommutators für elektrische Maschinen, dessen Segmente in einer Isolierstoffnabe verankert sind und durch axiales Auftrennen eines Segmentrings gewonnen werden, der durch Kaltfließpressen hergestellt, an einem Ende seiner Außenseite mit einem Anschlußfahnen bildenden Bund und an seiner Innenseite mit Verankerungsmitteln versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei als Ringscheiben mindestens annähernd gleichen Durchmessers gestaltete und in Achsrichtung aneinanderliegend angeordnete Rohlinge aus Kupfer und aus einem anderen Metall in einem Arbeitsgang durch Kaltfließpressen derart zu einem Segmentring geformt werden, daß das Kupfer lediglich in die eine Segmentlauffläche bildende äußere Zone und das andere Metall in die die Verankerungsmiitel bildende inne-e Zone und den die Anschlußfahnen bildenden Bund gelangt, und daß beide Metalle beim Fließpressen an ihrer Berührungsfläche fest miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß in das Gesenk eines Fließpreßwerkzeugs der Rohling aus Kupfer zuunterst und auf ihn der andere Rohling gelegt und mit einem Preßstempel der untere Rohling vollständig und der obere Rohling nur teilweise durch einen von der Gesenköffnung und dem Preßstempel gebildeten Ringspalt gepreßt werden, daß die Berührungsfläche der Rohlinge beim Durchtritt durch den Ringspali stark gestreckt und dübei be.-.ic Metalle in dem gestreckten Bereich durch Kalischv.eil.ien miteinander verbunden werden, währenc. der oberhalb des Ringspulls verbleibende Ahschnjii des oberen Rohlings in den mit den Anschlußfahnen versehenen Bund umgcformi wird.

J. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet dal! die beiden mil einer konischen Stirnfläche versehenen Rohlinge gleichen Außendurchmessers in das Gesenk des Flicßproßwerk/cugcs mit den konischen Stirnflächen aneinandcrliegend eingebracht werden, wobei die Stirnflächen in I ließpreßrichtung konisch von außen nach innen verlaufen.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder i. dadurch gekennzeichnet, daß der l'rcßslempel lies Fließpreßwerk/eugs an seinem Umlang mil sehwalbenschwanzlörmigen Nuten versehen ist. durch welche aus dem Material des oberen Rohlings beim Durchtritt durch den Ringspali /wischen der (iesenköffiuing Lind dem Prcßsicmpel im Querschnitt schwalbcnschwanzförmigc l.ängsrippen an der Innenseite des Segmenirings gebildet werden.