DE19530051C2 - Steckkommutator - Google Patents
SteckkommutatorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Steckkommutator, gemäß den Merkmale des
Anspruches 1.
Bei einem bekannten Steckkommutator dieser Art (WO 95/14319) ist die zum
Einstecken der Segmente in die Nuten aufzubringende Kraft so groß, daß
Störungen beim Einstecken nicht ausgeschlossen werden können. Würde man
diese Kraft dadurch reduzieren, daß man das Übermaß der Segmente und/oder
das Untermaß der Nuten verkleinert, wäre eine zuverlässige Positionierung der
Segmente im Nabenkörper nicht mehr gewährleistet.
Aus der DE 16 13 081 A ist ein Steckkommutator bekannt, dessen Segmente
und Nuten kein Übermaß bzw. Untermaß aufweisen. Die Positionierung wird
durch eine genaue Bearbeitung erreicht. Zur Fixierung werden vor dem voll
ständigen Einschieben der Segmente deren Endabschnitte durch Verstemmen
örtlich so verformt, daß sie nach dem vollständigen Einschieben der Segmente
diese sichern. Dieses Verstemmen ist nicht nur ein zusätzlicher Her
stellungsschritt, das Verstemmen kann auch nicht so exakt erfolgen, daß es
keinen Einfluß auf die Positionierung der Segmente hat. Lösungsmöglichkeiten
für Steckkommutatoren mit Übermaß ergeben sich hieraus nicht.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Steckkommutator zu
schaffen, bei dem trotz einer verringerten Kraft für das Einstecken der Segmente
in die Nuten die Segmente zuverlässig in den Nuten positioniert sind. Diese
Aufgabe löst ein Steckkommutator mit den Merkmalen des Anspruches 1,
wobei unter einem Übermaß auch ein eine Klemmkraft bewirkendes Untermaß
zu verstehen ist.
Für eine exakte und zuverlässige Positionierung der Segmente in den Nuten ist
es, wie sich gezeigt hat, völlig ausreichend, wenn der maximale Wert der auf
die Segmente ausgeübten Klemmkraft durch die Klemmung im Bereich der
beiden Endabschnitte der Segmente bestimmt wird. Außerdem wird dadurch,
daß hohe Klemmkräfte und damit hohe, beim Einstecken der Segmente in die
Nuten zu überwindende Reibungskräfte nur in den beiden Endabschnitten
auftreten, die für das gleichzeitig bei allen Segmenten erfolgende Einstecken in
die Nuten aufzubringende Kraft erheblich reduziert, wobei der Maximalwert
dieser Kraft nur auftritt, während das nacheilende Ende der Segmente in die
Nuten eintritt.
Dabei haben die Nuten in demjenigen Endabschnitt, der das beim Einstecken
voreilende Ende der Segmente aufnimmt, und die Segmente in ihrem nachei
lenden Endabschnitt das erforderliche Übermaß. Die Segmente können dann so
weit mit sehr geringer Kraft in die Nuten eingesteckt werden, bis das voreilende
Ende den das Übermaß aufweisenden Endabschnitt der Nuten erreicht und der
nacheilende Endabschnitt der Segmente in die Nuten eintritt.
Die axiale Erstreckung der das Übermaß aufweisenden Zonen kann unter
schiedlich sein. Dabei kommt sowohl eine größere axiale Erstreckung im
Bereich des beim Einstecken voreilenden Endabschnittes der Segmente in Frage
als auch im Bereich von deren nacheilendem Ende. Bei einer Ausführungsform
liegt die axiale Erstreckung der das Übermaß aufweisenden Zonen im Bereich
des voreilenden Endabschnittes bei etwa 15% und im Bereich des nachei
lenden Endabschnittes bei etwa 5% der Länge des die Bürstenlaufbahn bilden
den Teiles der Segmente.
In dem zwischen den beiden Endabschnitten liegenden Mittelabschnitt der
Segmente und Nuten kann zwischen den sich in radialer Richtung überdeckenden
Flächenbereichen der Segmente und des Nabenkörpers ein Zwischenraum
vorhanden sein, der allerdings in der Regel relativ gering sein wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Segmente zwischen ihrem
die Bürstenlauffläche bildenden Kopfteil und einem Fußteil einen sich vom
Kopfteil zum Fußteil keilartig verbreiternden Mittelteil auf, der zwischen den
Flanken der zugeordneten Nut eingeklemmt ist. Dank der Keilform dieses
Mittelteils hat die auf die Flanken des Mittelteils wirkende Klemmkraft eine
radiale Komponente, welche die für die radiale Positionierung vorgesehenen
Flächen der Segmente gegen die ihnen zugeordneten Flächen des Nabenkör
pers preßt.
Wenn, wie dies bei einer bevorzugten Ausführungsform der Fall ist, die in der
Umfangsrichtung des Kommutators gemessene Breite des Kopfteils der Segmen
te größer ist als die entsprechende Breite des Mittelteils an dem sich an den
Kopfteil anschließenden Ende und die Segmente am Übergang vom Mittelteil
zum Kopfteil auf beiden Seiten je eine Schulter aufweisen, welche die unmittel
bar benachbarten, die Nuten seitlich begrenzenden Stege des Nabenkörpers
übergreifen, kann die radiale Positionierung der Segmente dadurch erfolgen,
daß diese Schultern gegen die ihnen zugekehrten Flächenbereiche der Stege
gedrückt werden.
Vorzugsweise übergreifen die beiden Schultern dieses Segmentes weniger als
die Hälfte der ihnen zugewandten Endfläche der unmittelbar benachbarten
Stege. Zwischen den Kopfteilen zweier benachbarter Segmente ist dann der in
Umfangsrichtung erforderliche Abstand vorhanden. Dabei ist der Zwischenraum
zwischen den Kopfteilen benachbarter Segmente vorzugsweise frei von Mate
rialpartien des Nabenkörpers.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Fußteil jedes Segmentes im
Anschluß an das breitere Ende des Mittelteils in einem ersten Abschnitt eine
reduzierte Breite unter Bildung je einer Stufe im Bereich beider Flanken und in
einem sich an den ersten Abschnitt anschließenden zweiten Abschnitt eine
gegenüber dem ersten Abschnitt größere Breite unter Bildung je einer Stufe im
Bereich beider Flanken auf. Der Fußteil hat hierbei also ein T-ähnliches Quer
schnittsprofil.
Vorzugsweise liegt der Mittelteil der Segmente vollflächig an den Flanken der
aufnehmenden Nut an. Statt einer Anlage der am Übergang vom Mittelteil zum
Kopfteil vorhandenen Schultern der Segmente an den Endflächen der Stege
kann man auch eine Anlage der dem Kopfteil abgewandten Endfläche des
Fußteils unter Druck am Grund der das Segment aufnehmenden Nut zum
Zwecke der radialen Positionierung vorsehen. Besonders vorteilhaft ist es, die
letztgenannte Anlage im Bereich des nacheilenden Endes der Segmente und die
Anlage der Schultern an den Endflächen der Stege im Bereich des voreilenden
Endes vorzusehen.
Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Stirnansicht des Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3 einen vergrößert dargestellten Ausschnitt aus Fig. 2,
Fig. 4 eine Stirnansicht eines der Segmente,
Fig. 5 einen vergrößert und unvollständig dargestellten Querschnitt
des Ausführungsbeispiels im Bereich des voreilenden End
abschnittes der Segmente,
Fig. 6 einen Querschnitt entsprechend Fig. 5 des Ausführungsbei
spiels im Bereich des nacheilenden Endabschnittes der Seg
mente.
Ein Steckkommutator weist einen aus elektrisch isolierendem Material bestehen
den Nabenkörper 1 auf, der mit gleichmäßig über seinen Umfang verteilt
angeordneten, gleich ausgebildeten und in axialer Richtung verlaufenden,
sowie radial nach außen offenen Nuten 2 versehen ist. Wie Fig. 2 erkennen
läßt, beginnen zwar die Nuten 2 am einen Ende des Nabenkörpers 1, enden
aber im Abstand vom anderen Ende, wobei dieses Ende aller Nuten 2 in einer
Radialebene liegt. Der Nabenkörper 1 besteht im Ausführungsbeispiel aus einer
Formmasse auf Phenolbasis. Es kommen aber auch andere Isoliermaterialien,
wie beispielsweise Thermoplaste oder Keramik, in Frage. Ferner kann das
Material eine Faserverstärkung aufweisen. Der Nabenkörper 1 kann nach der
Herstellung bei einer Temperatur, welche über der Betriebstemperatur liegt,
getempert werden.
In jeder der Nuten 2 ist ein Segment 4 angeordnet. Die gleich ausgebildeten
Segmente 4 bestehen aus einem für Kommutatorsegmente üblichen, elektrisch
gut leitenden Material. Wie beispielsweise Fig. 4 zeigt, weisen die Segmente 4
einen Kopfteil 5 auf, dessen zylindrisch gekrümmte Endfläche 5' einen Teil der
Bürstenlauffläche bildet. Die Segmente 4 sind symmetrisch zu ihrer Längs
mittelebene 6 ausgebildet. An den Kopfteil 5 schließt sich unter Bildung je
einer Schulter 7 ein Mittelteil 8 an, dessen in Umfangsrichtung gemessene
Breite an dem über je eine Ausrundung in die Schultern 7 übergehenden Ende
um die Breite der Schultern 7 geringer ist als die Breite des Kopfteils 5. Die
Schultern schließen einen sich zur Endfläche 5' öffnenden, stumpfen Winkel
ein. Vom Kopfteil 5 zu einem als Ganzes mit 9 bezeichneten Fußteil hin
verbreitert sich der Mittelteil 8 keilartig. Seine beiden ebenen Flanken 8' schlie
ßen im Ausführungsbeispiel einen Winkel von 20° ein. Der Fußteil 9 weist
einen sich an den Mittelteil 8 über je eine Schulter 10 anschließenden ersten
Abschnitt 11 auf, dessen Breite im Bereich der Schultern 10 um deren Breite
geringer ist als diejenige des Mittelteils 8. Die Breite des ersten Abschnittes 11
nimmt gegen den sich an ihn anschließenden zweiten Abschnitt 12 gleichmä
ßig ab. Über je eine Schulter 13 schließt sich mit entsprechend größerer Breite
der zweite Abschnitt 12 an, dessen Breite gegen seine Endfläche 9' hin gleich
mäßig abnimmt. Der Fußteil 9 hat deshalb ein T-ähnliches Querschnittsprofil.
Wie insbesondere Fig. 5 zeigt, übergreifen, wenn die Segmente 4 in die Nuten
2 eingesteckt sind, die beiden Schultern 7 die die Nut seitlich begrenzenden
Stege 14 des Nabenkörpers 1, und zwar um weniger als die Hälfte der dem
Kopfteil 5 zugekehrten Endfläche 15. Daher ist zwischen zwei benachbarten
Segmenten 4 ein Schlitz 16 vorhanden, in den im Ausführungsbeispiel keine
Materialpartie des Nabenkörpers 1 hineinragt. Die die Schlitze 16 begrenzen
den Seitenflächen der Kopfteile 5 verlaufen parallel zueinander.
Wie Fig. 5 weiterhin zeigt, liegen die beiden Flanken 8' des Mittelteils 8 jedes
Segmentes 4 vollflächig an den Stegen 14 an. Der den Fußteil 9 aufnehmende
Teil jeder Nut 2 hat eine dem Fußteil 9 geometrisch ähnliche Querschnittsform,
jedoch sind die Abmessungen der Nuten 2 in diesem Teil geringfügig größer
als die Abmessungen des Fußteils 9. Dadurch ist zwischen dem Fußteil 9 und
den seitlichen Begrenzungsflächen des den Fußteil 9 aufnehmenden Teils der
Nuten 2 ein geringfügiger Spalt 17 vorhanden.
Wie Fig. 3 zeigt, haben die Stege 14 in derjenigen Zone 18, in welcher der
beim Einstecken der Segmente 4 in die Nuten 2 voreilende Endabschnitt der
Segmente 4 im vollständig eingesteckten Zustand zu liegen kommt, an den
Endflächen 15 der Stege 14 in radialer Richtung ein Übermaß, welches wie die
einen Schnitt durch die Zone 18 darstellende Fig. 5 erkennen läßt, dazu führt,
daß die Schultern 7 vollflächig mit Druck an den Endflächen 15 anliegen,
wodurch die Klemmkraft erhöht wird, welche von den Stegen 14 auf die
Flanken 8' des Mittelteils 8 ausgeübt wird. Die letztgenannte Klemmkraft hat
eine Komponente, welche gegen den Fußteil 9 gerichtet ist. Der Spalt 17
erstreckt sich in der Zone 18 zwischen die Endfläche 9' des Fußteils 9 und den
Grund der Nut 2. Die axiale Länge der das Übermaß x aufweisenden Zone 18
beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 15% der axialen Länge der Nuten 2. Über
eine Rampe 19 erfolgt der Übergang von der Zone 18 zu dem übrigen Teil der
Stege 14, in denen die Endflächen 15 der Stege 14 ein negatives Übermaß, also
ein Untermaß y haben. Dort, wo das Untermaß y vorhanden ist, ist, wie auch
Fig. 6 zeigt, ein Spalt 20 zwischen den Endflächen 15 der Stege 14 und den
Schultern 7 vorhanden.
Im Bereich des beim Einstecken der Segmente 4 in die Nuten 2 nacheilenden
Endabschnittes haben die Segmente 4 eine Zone 21 mit einem Übermaß z in
radialer Richtung der Endfläche 9' ihres Fußteiles 9. Dieses Übermaß z hat, wie
die einen Schnitt durch die Zone 21 darstellende Fig. 6 erkennen läßt, zur
Folge, daß die Endfläche 9' mit Druck am Grund der zugeordneten Nut 2
anliegt und die Klemmkraft erhöht, welche die Stege 14 auf die Flanken 8' des
Mittelteils 8 ausüben. Infolgedessen ist im Bereich der Zone 21 zwischen den
Schultern 7 und den Endflächen 15 der Stege 14 ein dem Spalt 20 ent
sprechend schmaler Schlitz 22 vorhanden.
Die Übermaße x und z sind so gewählt, daß die in den Zonen 18 und 21 auf
die Segmente 4 ausgeübten Klemmkräfte den für eine sichere Positionierung
und Festlegung der Segmente 4 im Nabenkörper 1 notwendigen Wert nicht un
terschreitet.
Dennoch ist die erforderliche Kraft für das gleichzeitige Einstecken aller Seg
mente 4 in die Nuten 2 vom Beginn des Einsteckvorganges bis zum Erreichen
der Zone 18 durch das voreilende Ende der Segmente 4 sehr gering, weil
hierbei nur die zunächst allenfalls geringen Klemmkräfte, welche die Stege 14
auf den Mittelteil 8 der Segmente ausüben, überwunden werden müssen. Erst
beim Eindringen des voreilenden Endabschnittes der Segmente 4 in die Zone
18 steigt die erforderliche Einschubkraft stark an und erreicht ihren Maximal
wert, wenn die Endfläche 9' des Fußteils 9 in der Zone 21 in Anlage an den
Grund der zugeordneten Nut 2 kommt, wobei dieser Einlauf durch eine Rampe
als Übergang zur Zone 21 erleichtert wird. Wenn die Segmente 4 vollständig in
die Nuten 2 eingesteckt sind, liegt, wie Fig. 3 zeigt, das voreilende Ende an
einer Fläche 23 an, welche im Abstand von der im benachbarten, im Ausfüh
rungsbeispiel konischen Stirnfläche 24 des Nabenkörpers 1 liegt und die Nut 2
in axialer Richtung begrenzt. Alle Flächen 23 liegen in einer gemeinsamen
Radialebene.
An der Außenmantelfläche des von den Flächen 23 und der konischen Stirn
fläche 24 begrenzten Endabschnittes des Nabenkörpers 1 liegen im Ausfüh
rungsbeispiel Haken 25 an, die an die Segmente 4 angeformt sind und der
Verbindung der Segmente 4 mit Leitern einer Rotorwicklung dienen.
Claims (12)
1. Steckkommutator mit einem aus elektrisch isolierendem Material beste
henden Nabenkörper, der über seinen Umfang gleichmäßig verteilt an
geordnete, gleich ausgebildete Nuten aufweist, in welche je eines der die
Bürstenlauffläche bildenden, gleich ausgebildeten Segmente unter Bildung
einer in radialer Richtung formschlüssigen Verbindung eingesteckt und
durch eine Klemmkraft, die einem Übermaß der Segmente und/oder der
der Anlage der Segmente dienenden Materialpartien des Nabenkörpers
beruht, gegen eine Verschiebung relativ zum Nabenkörper gesichert sind,
dadurch gekennzeichnet, daß der Nabenkörper (1) in derjenigen Zone
(18), welche den einen Endabschnitt einer jeden Nut (2) bildet und
welche den beim Einstecken voreilenden Endabschnitt der Segmente (4)
aufnimmt, und die Segmente (4) in derjenigen Zone (21), welche den
beim Einstecken nacheilenden Endabschnitt bildet, das Übermaß aufwei
sen, welches die auf die Segmente (4) ausgeübte Klemmkraft bestimmt.
2. Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstrec
kung der das Übermaß aufweisenden Zone (18) des Nabenkörpers (1) in
axialer Richtung größer ist als die entsprechende Erstreckung der das
Übermaß aufweisenden Zone (21) der Segmente (4).
3. Kommutator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem zwischen den beiden Endabschnitten liegenden Mittel
abschnitt sowohl der Segmente (4) als auch der Nuten (2) zwischen den
sich in radialer Richtung überdeckenden Flächenbereichen der Segmente
(4) und des Nabenkörpers (1) ein Zwischenraum (17, 20, 22) vorhanden
ist.
4. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Segmente (4) zwischen ihrem die Bürstenlauffläche bildenden
Kopfteil (5) und einem Fußteil (9) einen sich vom Kopfteil (5) zum Fußteil
(9) keilartig verbreiternden Mittelteil (8) aufweisen, der zwischen den
Flanken der zugeordneten Nut (4) eingeklemmt ist.
5. Kommutator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in seiner
Umfangsrichtung gemessene Breite des Kopfteils (5) der Segmente (4)
größer ist als die entsprechende Breite des Mittelteils (8) an dem sich an
den Kopfteil (5) anschließenden Ende, und daß die Segmente (4) am
Übergang vom Mittelteil (8) zum Kopfteil (5) auf beiden Seiten je eine
Schulter (7) aufweisen, welche die unmittelbar benachbarten, die Nut (2)
seitlich begrenzenden Stege (14) des Nabenkörpers (1) übergreifen.
6. Kommutator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
Schultern (7) jedes Segmentes (4) weniger als die Hälfte der ihnen zuge
wandten Endfläche (15) der unmittelbar benachbarten Stege (14) übergrei
fen.
7. Kommutator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwi
schenraum zwischen den Kopfteile (5) benachbarter Segmente (4) frei von
Materialpartien des Nabenkörpers (1) ist.
8. Kommutator nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Fußteil (9) jedes Segmentes (4) im Anschluß an das breitere Ende
des Mittelteils (8) in einem ersten Abschnitt (11) eine reduzierte Breite
unter Bildung je einer Schulter (13) im Bereich beider Flanken und in
einem sich an den ersten Abschnitt (11) an schließenden zweiten Ab
schnitt (12) eine gegenüber ersterem größere Breite unter Bildung je einer
Schulter (13) im Bereich beider Flanken aufweist.
9. Kommutator nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mittelteil (8) der Segmente (4) vollflächig an den Flanken der ihn
aufnehmenden Nut (2) anliegt.
10. Kommutator nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeich
net, daß die am Übergang vom Mittelteil (8) zum Kopfteil (5) gebildeten
Schultern (7) der Segmente (4) in derjenigen Zone (18) des Nabenkörpers
(1), welche das Übermaß aufweist, mit Druck an den Endflächen (15) der
Stege (14) an liegen.
11. Kommutator nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeich
net, daß die dem Kopfteil (5) abgewandte Endfläche (9') des Fußteils (9) in
der das Übermaß aufweisenden Zone (21) der Segmente (4) mit Druck am
Grund der das Segment (4) aufnehmenden Nut (2) anliegt.
12. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch
einen rampenförmigen Übergang von der Zone ohne Übermaß zu der
Zone (18, 21) mit Übermaß sowohl bei den Segmenten (4) als auch beim
Nabenkörper (1).
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