DE19603378A1

DE19603378A1 - Schleifringanordnung

Info

Publication number: DE19603378A1
Application number: DE19603378A
Authority: DE
Inventors: Henning Stilke; Tanja Puhl; Wolfgang Gottfried
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1996-01-31
Publication date: 1997-08-07
Also published as: GB2309837B; JPH09213446A; GB2309837A; FR2744291B1; US5970601A; GB9701345D0; FR2744291A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schleif ringanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Schleifringanordnung gemäß des Oberbegriffes des Anspruches 9.

Für die Zu- bzw. Abfuhr von Strom zu bzw. von den Rotorwicklungen einer elektrischen Maschine ist auf der Rotorwelle eine Schleifring anordnung vorgesehen. Solche Schleifringanordnungen bestehen gemäß dem Stand der Technik aus einem Kunststoffkörper, der außerhalb des Lagers oder zwischen den Lagern auf der Rotorwelle aufgepreßt ist. Die Rotorwelle ist bei äußerer Anbringung an dieser Stelle durch Zerspanen in seinem Durchmesser reduziert, wobei die Geschwindigkeit beim Zerspanen an die vom Durchmesser abhängige Stabilität angepaßt werden muß. Die Schleifringanordnung enthält Schleifringe, die je weils über eine Stromschiene mit der Rotorwicklung verbunden sind. Kohlebürsten liegen zur Stromübertragung an den Schleifringen an.

Es ist wichtig, daß der Außendurchmesser der Schleifringe so klein wie möglich gehalten wird. Je kleiner ein Schleifring im Außendurch messer ist, desto geringer ist die Umfangsgeschwindigkeit am Schleif ring, desto niedriger ist die Oberflächentemperatur und desto gerin ger ist die Abnutzung der Bürsten. Daher ist es gemäß dem Stand der Technik üblich, die Rotorwelle in ihrem die Schleifringanordnung tra genden Bereich im Durchmesser zu reduzieren und es wird versucht, die einzelnen Bestandteile, nämlich den Kunststoffkörper, die Strom schienen und die Schleifringe selbst, möglichst dünn in ihrer radia len Dimension zu gestalten, um einen möglichst kleinen Außendurch messer der gesamten Anordnung zu erzielen. Solche dünnen Bestandtei le sind aber nur unter äußerster Vorsicht zu montieren, da sie sehr leicht verformt werden können. Die Reduktion des Durchmessers der Welle bedeutet Materialaufwand bei den Bearbeitungswerkzeugen und Zeitaufwand für den Reduktionsvorgang, insbesondere in der Endphase des Vorgangs, da bei bereits verringertem Durchmesser die Arbeitsge schwindigkeit wegen mangelnder Stabilität der Welle gedrosselt wer den muß, d. h. die Welle ist in der Herstellung zeitkritisch.

Um die radiale Dicke der Schleifringanordnung zu verringern schlägt die EP-B 94 163 vor, den Kunststoffkörper durch Spritzguß herzustel len und beim Ausformen des Kunststoffkörpers die entsprechenden Stromschienen und die Schleifringe in den Kunststoffkörper einzugie ßen. Die so hergestellte Einheit aus Kunststoffkörper und leitenden Elementen wird auf die Rotorwelle der Maschine aufgepreßt. Die Stromschienen benötigen dabei natürlich eine gewisse Eigensteifig keit, d. h. Materialdicke, und der Kunststoffkörper muß entsprechend stabil sein um das Aufbringen der Einheit auf die Welle zu ermögli chen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schleifringanordnung zu schaffen, die in ihrer radialen Dicke noch kleiner ist und den noch ein sicheres Übertragen der Spannung zur rotierenden Spule und die Aufrechterhaltung des elektromagnetischen Feldes zu erreichen. Ferner soll das Herstellungsverfahren für die Schleifringanordnung vereinfacht werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und die damit hergestellte Schleifringanordnung gemäß Anspruch 9 ge löst.

Vorteile der Erfindung

Die direkt auf die Welle aufgebrachten Schichten können sehr dünn ausgeführt sein. Die isolierenden Schichten sind wesentlich dünner als die radiale Dicke eines Kunststoffkörpers, der noch auf eine Welle aufgeschoben werden und daher her relativ stabil sein muß. Die elektrisch leitenden Schichten können viel dünner sein als eine Stromschiene, die am Kunststoffkörper montiert werden muß oder beim Gießen des Kunststoffkörpers in diesen eingegossen wird und für die sen Vorgang eine gewisse Eigensteifigkeit benötigt. Durch das erfin dungsgemäße Verfahren kann entweder bei gleicher Abnutzung der an der Übertragung beteiligten Elemente ein dickerer Wellenzapfen ver wendet werden, wodurch weniger Material von der Welle abgetragen werden muß, d. h. eine geringere Zerspanleistung des Werkzeuges not wendig ist, und die Welle im Herstellungsprozeß zeitunkritisch wird, oder es kann ein kleinerer Schleifringdurchmesser gewählt werden, wodurch die Lebensdauer der Schleifringanordnung und vor allem der Kohlebürsten erhöht wird. Die Aufgabe der Stromschiene übernehmen die elektrisch leitenden Schichten, die zeitaufwendige Montage von Einzelteilen entfällt somit.

Bei Schleifringanordnungen mit mehreren Schleifringen werden abwech selnd eine isolierende Schicht und eine elektrisch leitende Schich ten aufgebracht, so daß dieselbe Anzahl von elektrisch leitenden Schichten und Schleifringen vorhanden ist und auf jede elektrisch leitende Schicht wird ein Schleifring aufgebracht.

Vorzugsweise erfolgt das Aufbringen der Schichten durch Plasmasprit zen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsverfahren bleiben beim Aufbringen jeder Schicht mindestens zwei Bereiche der davor aufgebrachten Schicht, vorzugsweise an deren Rändern, unbedeckt und auf einem Be reich jeder elektrisch leitenden Schicht wird ein Schleifring aufge setzt und der andere Bereich dient als Kontaktfeld, auf das direkt der stromführende, mit der Rotorwicklung verbundene Draht gelötet werden kann.

Ferner können gemäß einer bevorzugten Ausführung, z. B. unter Verwen dung einer Maske, die Randabschnitte der Schichten so ausgeführt werden, daß sie sich nicht über den gesamten Umfang dem besichte ten Welle erstrecken, so daß auf den elektrisch leitenden Schichten verbreiterte Kontaktfelder entstehen. Sind diese Kontaktfelder über den Umfang der beschichteten Welle versetzt zueinander ausgeführt, so kann die Gesamtlänge der Schleifringanordnung verkürzt werden.

Für die isolierenden Schichten wird vorzugsweise Aluminiumkarbonat gewählt und für die elektrisch leitenden Schichten Kupfer.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Zeichnungen darge stellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigt Fig. 1 jenen Längsabschnitt einer Rotorwelle, der eine Schleifringanordnung trägt, die im oberen Bildteil in einer Seitenansicht und im unteren Bildteil in einem Längsschnitt dargestellt ist. Die Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schleifringanord nung, gezeigt ist ein Längsabschnitt einer Rotorwelle mit der Schleifringanordnung in Seitenansicht. Die Fig. 3 zeigt eine Teilan sicht eines Rotors im Längsschnitt, wobei auf der Rotorwelle eine erfindungsgemäße Schleifringanordnung vorgesehen ist.

Aus Fig. 1 erkennt man, daß auf einer Laufer- bzw. Rotorwelle 1 eine isolierende Schicht 2, darüber eine elektrisch leitende Schicht 3, dann eine isolierende Schicht 12 und darüber wieder eine elektrisch leitende Schicht 13 aufgebracht sind. Jede der aufgebrachten Schich ten 3, 12, 13 hat eine geringere Länge als die davor aufgebrachte Schicht 2, 3, 12. Die isolierende Schicht 12 läßt von der davor auf gebrachten, elektrisch leitenden Schicht 3 zwei Bereiche 5, 6 unbe deckt. Auf dem einen Bereich 5 ist der Schleifring 4 aufgesetzt und an der Schicht 5 angelötet. Der andere Bereich 6 dient als Kontakt feld für einen mit der Rotorwicklung verbundenen, stromführenden Draht. Auf der obersten, elektrisch leitenden Schicht 13 sind der Bereich 7, der den Schleifring 14 trägt, und der Bereich 8, der als Kontaktfeld für einen stromführenden Draht dient, nicht durch einen Isoliermaterialstreifen an ihrer Oberfläche voneinander getrennt.

Wie man in der Schnittdarstellung in der unteren Hälfte der Fig. 1 sieht erstreckt sich die isolierende Schicht 2 und die elektrisch leitende Schicht 3 unter beiden Schleifringen 4, 14, wohingegen die isolierende Schicht 12 und die elektrisch leitende Schicht 13 sich nur unter dem Schleifring 14 erstrecken. Die elektrisch leitende Schicht 3 verbindet den Schleifring 4 elektrisch mit dem Kontakt feld 6, die elektrisch leitende Schicht 13 verbindet den Schleifring 14 elektrisch mit dem Kontaktfeld 8.

Fig. 2 zeigt einen sehr ähnlichen Aufbau, wobei am rechten Ende der Schleifringanordnung die Endbereiche der Schichten 12, 13 besonders ausgeformt sind. Die obere isolierende Schicht 12 und die obere elektrisch leitende Schicht 13, die sich nur unter dem Schleifring 14 erstrecken, weisen an ihren Endbereichen Randabschnitte 18, 20 auf, die sich nicht über den gesamten Umfang der beschichteten Welle 1 erstrecken. Dadurch ergibt sich auf der elektrisch leitenden Schicht 3 ein verbreitertes Kontaktfeld 16 und auf der elektrisch leitenden Schicht 8 ein verbreitertes Kontaktfeld 26. Wie man aus dem Vergleich der Fig. 1 und 2 ersieht, verkürzt sich bei der Vari ante gemäß Fig. 2 die Gesamtlänge der Schleifringanordnung, obwohl die Kontaktfläche für den Kontakt zwischen Kontaktfeld und stromfüh rendem Draht gleich groß bleibt.

In Fig. 3 ist ein Teil eines Klauenpol-Läufers 27 eines Drehstromge nerators mit seinem Lager 22 dargestellt, Drähte 23, 24 verbinden die Rotorwicklung mit den Schleifringen 4, 14 der Schleifringanord nung. Die Schleifringanordnung entspricht dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, d. h., es weist durch die asymmetrische Ausgestaltung der Endbereiche der Schichten 12, 13 verbreiterte Kontaktfelder 16, 26 für den Kontakt mit den Drähten 23, 24 auf.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Schleifringanordnung auf einer Läuferwelle (1) einer elektrischen Maschine, bei dem ein Längsab schnitt der Welle (1) mit einer isolierenden Schicht (2) beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß dann diese isolierende Schicht (2) mit einer elektrisch leitenden Schicht (3) besichtet wird, auf die ein Schleifring (4) aufgesteckt und mit der der Schleifring (4) elektrisch leitend, vorzugsweise durch Löten, verbunden wird, wobei vorzugsweise die Lange der elektrisch leitenden Schicht (3) geringer ist als die der isolierenden Schicht (2).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Schleifringordnung mit mehreren Schleifringen (4, 14) jeweils eine der Anzahl der Schleifringe (4, 14) entsprechende Anzahl von isolie renden Schichten (2, 12) und von elektrisch leitende Schichten (3, 13) übereinander in abwechselnder Folge aufgebracht wird, wobei zu mindest jede aufgebrachte isolierende Schicht (12) eine geringere Länge als die davor aufgebrachte elektrisch leitende Schicht (3) hat, und daß auf zumindest einen freiliegenden Bereich (5, 7) der elektrisch leitenden Schichten (3, 13) ein Schleifring (4, 14) auf gesetzt und dort befestigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der isolierenden und der elektrisch leitenden Schicht(en) (2, 3, 12, 13) durch Plasmaspritzen erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Aufbringen jeder Schicht (3, 12, 13) mindestens zwei Bereiche der davor aufgebrachten Schicht (2, 3, 12), vorzugsweise an deren Rän dern, unbedeckt bleiben und daß auf dem zum Wellenende gerichteten Bereich (5, 7) jeder elektrisch leitenden Schicht (3, 13) ein Schleifring (4, 14) aufgesetzt und dort befestigt wird und daß der andere zum Laufer hin gerichtete Bereich (6, 8) der elektrisch lei tenden Schichten (3, 13) als Kontaktfeld dient.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der als Kontaktfelder dienenden Bereiche (6, 8) der elek trisch leitenden Schichten (3, 13) und/oder der (die) benachbarten Bereich(e) der isolierenden Schichten (2, 12) sich in ihren Randab schnitten (18, 20), vorzugsweise unter Verwendung einer Maske, nur über einen Teil des langes der beschichteten Welle (1) erstreckend aufgebracht werden, um verbreiterte Kontaktfelder (16, 26) zu bil den.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ver breiterten Kontaktfelder (16) über den Umfang der beichteten Wel le (1) versetzt zueinander gebildet werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die isolierenden Schichten (2, 12) aus Aluminium karbonat sind.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Schichten (3, 13) aus Kupfer sind.

9. Läufer für elektrische Maschinen mit einer Schleifringanordnung auf einer Welle (1) mit einer direkt auf die Welle (1) aufgebrachten isolierenden Schicht (2), dadurch gekennzeichnet, daß über der iso lierenden Schicht (2) eine elektrisch leitende Schicht (3) vorgese hen ist, auf der und in Kontakt mit der ein Schleifring (4) angeord net ist, wobei vorzugsweise die Lange der elektrisch leitenden Schicht (3) geringer ist als die der isolierenden Schicht (2).

10. Läufer nach Anspruch 9 mit mehreren Schleifringen, dadurch ge kennzeichnet, daß eine der Anzahl der Schleifringe (4, 14) entspre chende Anzahl von isolierenden Schichten (2, 12) übereinander vorge sehen sind, wobei jeweils zwischen den isolierenden Schichten (2, 12) und auf der äußersten isolierenden Schicht (12) eine elektrisch leitende Schicht (3, 13) vorgesehen ist und wobei zumindest jede isolierende Schicht (12) eine geringere Lange als die darunterlie gende elektrisch leitende Schicht (3) hat, und daß auf jeder der zu mindest teilweise freiliegenden, elektrisch leitenden Schichten (3, 13) ein Schleifring (4, 14) aufgesetzt und dort befestigt ist.

11. Läufer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Bereiche jeder Schicht (2, 3, 12, 13) unbedeckt sind und daß auf einem Bereich (5, 7) jeder elektrisch leitenden Schicht (3, 13) ein Schleifring (4, 14) vorgesehen ist und der andere Bereich (6, 8) der elektrisch leitenden Schicht (3, 13) als Kontaktfeld dient.

12. Läufer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der als Kontaktfeld dienenden Bereiche (6, 8) der elektrisch leitenden Schichten (3, 13) und/oder der (die) benachbarte(n) Be reich(e) der isolierenden Schichten (2, 12) sich in ihren Randab schnitten (18, 20) nur über einen Teil des Umfangs der beichteten Welle (1) erstrecken, um verbreiterte Kontaktfelder (16, 26) zu bilden.

13. Läufer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die ver breiterten Kontaktfelder (16, 26) über den Umfang der beschichteten Welle (1) versetzt vorgesehen sind.

14. Läufer nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeich net, daß die isolierenden Schichten (2, 12) aus Aluminiumkarbonat sind.

15. Läufer nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeich net, daß die elektrisch leitenden Schichten (3, 13) aus Kupfer sind.