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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kollektors
(Kommutators), der in einen kleinbemessenen Elektromotor einzubauen
ist, und insbesondere eines Kollektors in Flachbauart (Flachkollektor),
dessen Gleitkontaktfläche,
die in Kontakt mit einer Bürste
steht, senkrecht zur Axialrichtung des Rotors steht (
DE 44 45 759 A1 ).
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Bei
Elektromotoren als Antriebsquellen für Gebläse, die in einer verunreinigten
Gasatmosphäre betrieben
werden, für
Förderpumpen,
die bei Kraftstoffen mit aufgrund von Versauerung verschlechterter
Qualität
etc. betrieben werden, und bei anderen Einsatzgebieten sind die
Korrosion und die Abnutzung in den Motorenkollektoren im Vergleich
mit solchen deutlich beschleunigt, die an der Luft betrieben werden.
Als Materialien für
die Kollektorbestandteile werden normalerweise verschiedene Legierungen mit
Kupfer oder Silber als Hauptbestandteil verwendet. Die gegenwärtige Situation
ist jedoch so, daß diese
Materialien hinsichtlich ihrer erforderlichen Härte aufgrund nicht vermeidbarer
Korrosion und Abnutzung, wie oben genannt wurde, unbefriedigend sind.
Angesichts dessen ist es erforderlich, weniger korrosive Materialien
als Kollektorbestandteile zu verwenden, wobei Kohlenstoff als angemessen
angesehen wird. Kohlenstoff ist jedoch hinsichtlich seiner Ausbreitungseigenschaften
verglichen mit solchen Metallmaterialien unzureichend, mit der Folge, daß es nicht
möglich
ist, einen Hakenteil zum Verbinden der Motorwindung an dem Kollektor
direkt anzubringen. Aufgrunddessen ist nicht zu vermeiden, daß der Hakenteil
zur Verbindung der Motorwindung separat aus einem Metallmaterial
gefertigt wird, das dann mit den Kollektorbestandteilen verbunden
wird. Ein Flachkollektor, der durch eine feste Verbindung des obengenannten
Metallhakens und der Kohlenstoffkollektorfragmente zu sammengesetzt
ist, ist bekannt (siehe WO 92/01321 A1). Eine Metallscheibe, bei
der Hakenteile radial an der Gleitkontaktflächenseite für die Bürste an einem elektrisch isolierenden Träger an seinem
Umfang und in einer Anzahl, die den Kollektorfragmenten entspricht,
wird gleichzeitig mit den Gußformen
des elektrisch isolierenden Trägers
angebracht. Anschließend
wird ein Graphitkollektorelement, auf dessen Verbindungsfläche vorher eine
Plattierung durchgeführt
wurde, gelötet
oder geschweißt,
und anschließend
werden Schlitze in diesem Graphitkollektorelement, der Metallscheibe
und einem Teil des elektrisch isolierenden Trägers ausgebildet, um auf diese
Weise eine Anzahl von gegenseitig isolierten Kollektorstücken zu
erzeugen. Wie insbesondere in 6 der
beigefügten
Zeichnung dargestellt ist, sind eine Metallplatte 15 mit
einem Haken und ein Graphitkollektorstück 13 feststehend übereinander
auf einem elektrisch isolierenden Träger 11 angeordnet,
der die Basis für
den Flachkollektor bildet.
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Ein
derartiger Flachkollektor ist bei der Herstellung sowohl unpraktisch
als auch teuer, da die Plattierungsbearbeitung vorher an der Verbindungsfläche des
Kollektorelementes aus Graphit mit dem Metallscheibenhaken darauf
durchgeführt
werden muß.
Abhängig
von den Plattierungsbedingungen können aufgrund des Lötens unvorteilhafte
Einflüsse hinsichtlich
der Befestigungskraft der Graphitkommutatorstücke auftreten. Desweiteren
tritt ein Quelleffekt in dem geformten Graphitprodukt bei Kraftstoffen, insbesondere
verunreinigten Kraftstoffen, auf, aufgrund dessen die Befestigungskraft
zwischen der plattierten Schicht und dem geformten Graphitprodukt
unweigerlich vermindert wird.
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Die
Verwendung von Metallen wie Kupfer etc. für die Plattierung vermindert
nicht nur die Haftkraft zwischen den Graphitkollektorteilen und
der Metallplatte mit Haken, sondern auch die elektrische Leitfähigkeit,
so daß der
Kollektor seine Funktionsfähigkeit
verliert. Um die Widerstandsfähigkeit
des Kollektors zu erhöhen,
könnte
ins Auge gefaßt
werden, die Dicke des Kollektorteils in der Preßrichtung der Kollektorbürste zu
erhöhen.
Da jedoch der Hauptzweck des Flachkollektors in der Miniaturisierung
des Motors zu sehen ist, ist eine Vergrößerung der Dicke des Kollektorteils
unerwünscht.
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DE 44 45 759 A1 als
nächstkommender Stand
der Technik offenbart einen flachen Kollektor mit Kohlenstoffsegmenten,
die in einen Nabenkörper aus
Kunststoff eingebettet sind, wobei die elektrische Verbindung der
Kohlenstoffsegmente durch metallische Segmente erfolgt, die sich
zwischen Nabenkörper
und Kohlenstoffsegmenten befinden. Ein ähnlicher Kollektor wird im
Gebrauchsmuster
DE
89 07 045 U1 beschrieben.
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Im
Hinblick auf die obengenannten verschiedenen Problempunkte des bekannten
Flachkollektors ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung
eines Flachkollektors anzugeben, der eine Fixierung des Kollektorteils
aus Kohlenstoff (Graphit) bezüglich
der Metallplatte mit Haken und dem elektrisch isolierenden Träger sicherstellt,
und der eine verlängerte
Lebensdauer gegen Abnutzung des Kollektorteils aufweist und einfach
und mit geringeren Kosten herstellbar ist.
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Zur
Lösung
der obengenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines
Flachkollektors angegeben, mit den Schritten: Eingießen einer
Endfläche
eines Metallsteg-Ringelements entlang der Umfangskante des elektrisch
isolierenden Trägers
an seiner Gleitkontaktflächenseite für die Kollektorbürste; Einbringen
des Kollektormaterials, das hauptsächlich aus Graphit besteht,
in einen Ausnehmungsbereich, der durch den elektrisch isolierenden
Träger
und das Metallsteg-Ringelement, das mit dem elektrisch isolierenden
Träger
zusammengesetzt ist, gebildet wird, und anschließendes Durchführen einer
Pulverpreßformung
und -heizung; und, zum Isolieren, Ausbilden von Schlitzen in der Oberfläche des
verfestigten Kollektorelementes, wobei das Metallsteg-Ringelement
um den Außenumfang
des Kollektorelementes und den elektrisch isolierenden Träger an seiner
Fläche
an der Seite des Kollektorelementes herum angeordnet ist, um dadurch
das Kollektorelement in eine Anzahl von Kollektorfragmenten aufzuteilen.
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Das
Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Flachkollektors und dessen
Aufbau werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den
beigefügten
Zeichnungen deutlich. Es zeigen:
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1 eine
Aufsicht auf den erfindungsgemäßen Flachkollektor,
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2 eine
Längsschnittdarstellung
des Kollektors entlang der Linie A-A der 1,
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3 eine
Längsschnittdarstellung
des Verbindungselementes auf dem isolierenden Träger, des Kollektorstücks und
der Metallplatte zum Verbinden des Kollektorstücks,
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4 eine
Aufsicht zur Erläuterung
des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Flachkollektors,
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5 eine
Längsschnittdarstellung
entlang der Linie B-B der 4 und
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6 eine
Längsschnittdarstellung
eines bekannten Flachkollektor.
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Das
obengenannte Metallsteg-Ringelement ist durch Eingießen derart
gebildet, daß es
mit dem elektrisch isolierenden Träger formschlüssig ist.
Die Kollektorstücke
sind aus einem Material gefertigt, das hauptsächlich aus Graphit besteht.
Es ist ferner möglich,
das Pulverpreßformen
und -heizen des Materials für
die Kollektorstücke
durchzuführen,
wenn die Kollektorstück-Befestigungsfläche des
elektrisch isolierenden Trägers
unregelmäßig geformt
wird.
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Sowohl
der elektrisch isolierende Träger
als auch die Graphitkollektorstücke
sind direkt und fest miteinander verbunden, während die Kollektorstück-Befestigungsmetallplatte
mit dem Anschluß zum
Verbinden der Windung auf dem elektrisch isolierenden Träger fixiert
ist. Beim Formen der Graphitkollektorstücke bilden der Ausnehmungsteil,
der durch den elektrisch isolierenden Träger und das Metallsteg-Ringelement
gebildet wird, das durch Einschlußgießen entlang der Umfangskante
des elektrisch isolierenden Trägers
an der Seite der Gleitkontaktfläche
für die
Kollektorbürste
geformt wird, eine Metallform zum Formen der Kollektorstücke.
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Im
Folgenden wird der Aufbau des erfindungsgemäßen Flachkollektors im Einzelnen
mit Bezug auf die beigefügte
Zeichnung erläutert.
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Die 1 und 2 sind
eine Aufsicht bzw. eine Längsschnittdarstellung
entlang der Linie A-A der 1 wobei
die Bezugsziffer 1 einen im Oberteil geformten elektrisch
isolierenden Träger
aus einem starren synthetischen Harz bezeichnet. Ziff. 2 bezeichnet
ein Paßloch
in der Mitte des Trägers
zur Aufnahme der Drehachse (in den Zeichnungen nicht dargestellt)
des Motors. Eine Anzahl von Kollektorstücken 3, jeweils in
Sektorform, sind direkt auf der Oberfläche des elektrisch isolierenden
Trägers 1 an der
Gleitkontaktflächenseite
für die
Bürste
fixiert (d.h. auf der Fläche,
die rechtwinklig zur Richtung des Rotorwellenpaßloches 2 liegt) und
die der Fixierungsseite gegenüberliegende
Oberfläche
wird zur Gleitkontaktfläche
für die
Bürste.
Jedes Kollektorstück 3 ist
aus Graphit als Kohlenstoffmaterial gefertigt, wobei ein Material,
das hauptsächlich
aus Graphit besteht, einer Pulverpreßformung und einer Heizbehandlung
unterzogen wird, wodurch der Kollektor erhalten wird. Die Kollektorstück-Befestigungsfläche 18 des
elektrisch isolierenden Trägers 1 ist
durch kleine Vertiefungen und Erhebungen oder eine Anzahl von Nuten
oder in anderer Weise irregulär
gestaltet, wodurch die Befestigungsfläche des elektrisch isolierenden
Trägers 1 für die Kollektorstücke 3 erhöht wird.
Aneinandergrenzende Kollektorstücke 3 sind
elektrisch voneinander isoliert. Die Schlitze 4 sind teilweise
in den elektrisch isolierenden Träger 1 zum Fixieren
der Kollektorstücke
eingeschnitten. Desweiteren sind Metallplatten 5 zum Verbinden
der Kollektorstücke
individuell an der Außenumfangsfläche jedes
genannten Kollektorstücke 3 fixiert,
die parallel zum Rotorwellenpaßloch 2 liegt
(d.h. auf der Fläche
entlang der Umfangsrichtung). Gleichzeitig ist ein Teil der Kollektorstück-Verbindungs-Metallplatte 5 in
den elektrisch isolierenden Träger 1 eingebettet. Ein
Anschluß 6 ist
an der Metallplatte 5 angebracht, und eine Windung des
Motors ist mit diesem Anschluß 6 verbunden.
Dieser Anschluß 6 wird
durch Preßstanzen
und Ausbiegen eines Metallmaterials gefertigt, das einstückig mit
der Metallplatte 5 ist.
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Kleine
Vorsprünge 7 sind
an der Innenfläche der
Metallplatte 5 derart vorgesehen, daß sie die Befestigung zwischen
den Kollektorstücken 3 und
der Metallplatte 5 verstärken. 3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Verstärkungsmittel
zwischen dem Kollektorstück 3 und
der Metallplatte 5, wobei ein kleines Loch 8 in
der Metallplatte 5 ausgebildet wird, in das das Material
für das
Kollektorstück 3 eingebracht
wird. Gleichzeitig wird Material des elektrisch isolierenden Trägers 1 in
ein weiteres kleines Loch 9 der Metallplatte 5 eingebracht,
um die Befestigung zwischen dem Kollektorstück 3 und dem elektrisch
isolierenden Träger 1 zu
erhöhen.
Die Metallplatte 5 ist formschlüssig mit dem elektrisch isolierenden
Träger 1 verbunden,
d.h. sie ist mit dem elektrisch isolierenden Träger 1 in einem Körper integriert,
wenn der elektrisch isolierende Träger 1 aus synthetischem
Harz gefertigt ist, ohne die Verwendung von Verbindungsmitteln wie
einem Haftmittel, einer Schraube, einem Bolzen, einem Niet oder
Verstemmen. Das Kollektorstück 3 und
die Metallplatte 5 können
ebenso durch Löten
oder mittels eines elektrisch leitenden Haftmittels befestigt werden,
vorausgesetzt, daß eine
erforderliche Fixierkraft erreichbar ist.
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Im
Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung eines solchen Flachkollektors erläutert. Der
elektrisch isolierende Träger
wird in derselben Weise wie früher
durch Formgießen
erhalten. Während
dieses Formgießens
wird ein ringförmiges
Metallsteg-Element 5A entlang
der Umfangskante des elektrisch isolierenden Trägers 1 an seiner Bürstengleitkontaktfläche in einer
solchen Weise eingegossen, daß eine
Endfläche
des ringförmigen
Metallsteg-Elementes 5A in den elektrisch isolierenden
Träger 1 eingebettet
wird, wie in den 4 und 5 dargestellt
ist. Wie in dem illustrierten Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft,
daß ein
Teil 1A des Materials, das den elektrisch isolierenden
Träger 1 bildet,
um den Außenumfang
des ringförmigen
Metallsteg-Elementes 5A herumgelegt ist. Der Anschluß 6 ist
vorher einer vorgegebenen Position am Außenumfang des ringförmigen Metallsteg-Elementes 5A vorgesehen.
Anschließend
wird Material für
den Kollektor mit Graphit als Hauptbestandteil in die flache runde
Ausnehmung C, die in der Mitte des elektrisch isolierenden Trägers 1 ausgebildet
wird, eingebracht, die durch Eingießen des ringförmigen Metallsteg-Elementes 5A an
und um den elektrisch isolierenden Träger 1 gefertigt wurde,
gefolgt von Pulverpreßformen
und -heizen.
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Das
heißt,
sowohl der elektrisch isolierende Träger 1 als auch das
Metallstegelement 5A werden als Metallform für das Pulverpreßformen
verwendet.
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Anschließend werden
Schlitze 4 in Radialrichtung, wie in den 1 und 2 dargestellt
ist, in die Oberflächen
des verfestigten Kollektorelementes, des ringförmigen Metallsteg-Elementes 5A,
das an dem Außenumfang
des Kollektorelementes angeordnet ist, und den elektrisch isolierenden
Träger 1 an
der Seite des Kollektorelementes eingeschnitten, wodurch das Kollektorelement
in eine Anzahl von gegenseitig isolierten Kollektorstücken 3 unterteilt
wird. Durch Durchführen
dieser Prozeßschritte
wird ein flacher Kollektor erhalten, bei dem die drei Teile, d.h. der
elektrisch isolierenden Träger 1,
die Kollektorstücke 3,
die direkt auf dem Träger 1 fixiert
sind, und die Metallplatte 5 integral verbunden sind.
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Wie
vorstehend beschrieben wurde, sind bei dem gemäß der Erfindung hergestellten
flachen Kollektor die Kollektorstücke direkt am elektrisch isolierenden
Träger
fixiert, so daß kein
Instabilitätsfaktor hinsichtlich
der Fixierungskraft zwischen dem Kollektorstück und dem elektrisch isolierenden
Träger
besteht, verglichen mit der Fixierungskraft, die beim konventionellen
Plattieren und Fixieren erzielt wird. Auch wenn der mit diesem Flachkollektor
versehenene Motor in Flüssigkeiten
wie Kraftstoffen und anderen betrieben wird, wird die elektrische
und mechanische Verbindung zwischen dem elektrisch isolierenden
Träger
und dem Kollektorstück
und der Kollektorstück-Verbindungs-Metallplatte
weiter verstärkt,
da die äußere Umfangsfläche des
Flachkollektors durch die Metallplatte gegen ein Quellen des Kollektorstücks, das
durch Pulverpreßformen
erhalten wird, gestützt
ist. Die Kollektorstück-Verbindungs-Metallplatte
dient zum sicheren Halten der Kollektorstücke gegen Zentrifugalkräfte, die
während
der Drehung des Kollektors auftreten. Da desweiteren die Dicke des
Kollektors wegen der Abwesenheit der Metallplatte zwischen dem elektrisch
isolierenden Träger und
den Kollektorstücken
erhöht
werden kann, können
ausreichende Abmessungen für
mögliche
Abnutzung des Kollektors erzielt werden, wodurch die Lebensdauer
verlängert
wird.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren
werden das Formen der Kollektorstücke und das Fixieren der Kollektorstücke an sowohl
dem elektrisch isolierenden Träger
als auch an der Metallplatte gleichzeitig durchgeführt, so
daß kein
Plattierungs- und Klebeschritt wie beim bekannten Kollektor erforderlich
ist, und die Anzahl der Verarbeitungsschritte deutlich reduziert
ist, wodurch Arbeitszeit gespart werden kann.