DE19642138A1 - Verfahren zum Herstellen von Kommutatoren und nach dem Verfahren hergestellter Kommutator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Kommutato­ ren, bei dem eine Mehrzahl von metallischen Segmenten in einen Montagekorb eingesetzt wird, um einen Segmentverband zu bilden, bei dem die Segmente in voneinander isolierter und eine Kommutierungs-Schleifbahn bildender Lagean­ ordnung angeordnet sind, und der Segmentverband zur Bildung eines Isolier­ körpers mit darin eingebetteten Segmenten mit einer preßformbaren, isolieren­ den Formmasse verpreßt wird. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf einen nach einem solchen Verfahren hergestellten Kommutator.

Bei den bekannten Verfahren der erwähnten Art wird so vorgegangen, daß nach dem Einsetzen der aus einem metallischen Werkstoff ausgestanzten Seg­ mente in den als Kunststoffkorb ausgebildeten Montagekorb und nach dem Hinzufügen gegebenenfalls vorgesehener weiterer Komponenten, beispielsweise von Armierungsringen, das Verpressen durchgeführt wird, wobei die Hohlräu­ me im Segmentverband mit Formmasse ausgefüllt werden. Sodann wird der Kunststoffkorb entfernt, um als Sondermüll entsorgt zu werden. Zwar trägt bei den bekannten Verfahren die Verwendung eines Montagekorbes zur Verein­ fachung des Herstellungsvorganges bei, die Kosten für die Herstellung und Entsorgung der Körbe führen jedoch zu nachteilig hohen Herstellungskosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das trotz Verwendung von den Herstellungsvorgang erleichternden Montagekörben eine besonders kostengünstige und umweltfreundliche Herstellung der Kommutato­ ren ermöglicht.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungs­ gemäß dadurch gelöst, daß der Montagekorb zusammen mit dem Segmentver­ band mit der Formmasse so verpreßt wird, daß der Montagekorb als bleiben­ der, integraler Bestandteil in den Isolierkörper eingeformt wird.

Dadurch, daß erfindungsgemäß der Korb als integraler Bestandteil in den Kommutator einbezogen wird, entfallen beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur die Kosten für das Entfernen und Entsorgen der Körbe, sondern es entstehen auch keine zusätzlichen Material kosten für Isolationsmaterial, weil der Korb einen Teil des Isolierkörpers des Kommutators bildet.

Vorteilhafterweise wird zur Herstellung der Körbe der gleiche duroplastische Werkstoff verwendet, der beim Verpressen auch die Formmasse bildet. Es ergibt sich eine besonders homogene Struktur des so gebildeten Isolierkörpers.

Der nach dem aufgezeigten Verfahren hergestellte, erfindungsgemäße Kommu­ tator ist dadurch gekennzeichnet, daß sein Isolierkörper einen in die Form­ masse eingeformten, als isolierender Tragkörper für den Segmentverband dienenden Montagekorb enthält.

Ein stufenweiser Ausbau des erfindungsgemäßen Kommutators zu einem Hochleistungskommutator ergibt sich durch Einsatz von Armierungsringen und Stiften zu deren Abstützung als weitere integrale Bestandteile.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestell­ ten Kommutators im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kunststoffkorbes zur Verwendung bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Kommutators, gesehen mit Blick auf die Stirn- oder Hakenseite des Kommutators;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Korbes von Fig. 1, gesehen mit Blickrichtung auf die hintere Bordseite des Kommutators;

Fig. 3 einen Längsschnitt des Korbes, wobei in der oberen und der unteren Zeichnungshälfte der Schnitt in unterschiedlichen Schnittebenen geführt ist;

Fig. 4 und 5 Teilquerschnitte des Korbes entsprechend den Schnittli­ nien IV-IV bzw. V-V von Fig. 3;

Fig. 6 eine Seitenansicht eines im Korb aufnehmbaren Kupfersegmen­ tes;

Fig. 7 eine Vorderansicht des Segmentes von Fig. 6;

Fig. 8 eine auseinander gezogen gezeichnete Teildarstellung des Korbes mit in diesen einsetzbarem Kupfersegment, zwei in den Korb einzusetzenden Armierungsringen sowie zwei zur Ver­ vollständigung der Armierung einsetzbaren Keramikstiften und

Fig. 9 einen Teillängsschnitt des den Korb als eingeformtes Bauteil enthaltenden, fertiggestellten Kommutators.

Ein in Fig. 1 und 2 perspektivisch dargestelltes Ausführungsbeispiel eines aus duroplastischem Kunststoff preßgeformten Korbes 1 dient zur Herstellung eines Kommutators, der vierundzwanzig Kupfersegmente 3 (s. insbesondere Fig. 6 und 7) aufweist. Der Korb 1 ist ein zur Drehachse 7 (Fig. 3) des Kommutators rotationssymmetrischer Verbund aus vierundzwanzig Stegen 5, die in zur Achse 7 parallelen und sich radial erstreckenden Ebenen in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind. Die Stege 5 sind an ihrem radial innen liegenden Fußbereich durch einen Innenring 9 verbunden, der den Innendurchmesser des Korbes 1 definiert. An der Stirnseite, d. h. der Hakenseite des fertigen Kommuta­ tors, sind die Stege 5 durch einen Außenring 11 verbunden.

Fig. 6 und 7 zeigen die Formgebung der Segmente 3 aus silberlegiertem Kupfer, die am Umfangsbereich des Korbes 1 zwischen den Stegen 5 aufnehm­ bar sind. Die Segmente 3 sind als langgestreckter Profilkörper gestaltet, dessen leicht gewölbte Oberseite 13 einen Teil der Kommutierungs-Schleifbahn am Kollektorumfang bildet. Am einen Ende, dem stirn- oder hakenseitigen Ende, ist das Segment an der Oberseite 13 durch einen schmalen Fortsatz 15 verlängert, der nach Umbiegen den Anschlußhaken des betreffenden Segmentes 3 bildet. An ihrem Fußteil 17 weisen die Segmente 3 eine Profilform auf, die zum lich­ ten Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Stegen 5 des Korbes 1 im wesentlichen komplementär ist (Fig. 4), so daß die Segmente 3 mit axialer Einsetzbewegung zwischen jeweils benachbarte Stege 5 eingesetzt werden können. Für diesen Einsetzvorgang wird der Korb 1 mit Hilfe von an seinem Innenring 9 an geformten, radial nach innen vorspringenden Nocken 27 posi­ tioniert. Der Außenring 11 des Korbes 1 weist zwischen jedem Stegpaar eine Ausnehmung 14 auf, durch die hindurch sich der den Haken bildende Fortsatz 15 des betreffenden Segmentes 3 nach vorn erstreckt. Dabei bildet der Außen­ ring 11 eine Anschlagfläche 12, an der die Stirnseite der Segmente 3 an der Wurzel des Fortsatzes 15 anliegt, um die Axialstellung der Segmente 3 im Korb 1 zu definieren.

Wie aus Fig. 6 und 8 ersichtlich ist, weisen die Segmente 3 in ihrem Fußteil 17 an beiden Enden je eine Ausnehmung 19 auf, die die Form eines sich in Axialrichtung erstreckenden Schlitzes aufweist, der am jeweiligen Ende des Fußteiles 17 offen ist. Die Ausnehmungen 19 definieren nach dem Einsetzen der Segmente 3 in den Korb 1 einen hakenseitigen und einen bordseitigen Ringraum, innerhalb dessen je ein Armierungsring 21 aufnehmbar ist, s. Fig. 8 und 9.

Als Armierungsringe können Stahlringe oder Ringe aus glasfaserverstärktem Kunststoffmaterial vorgesehen sein. Beim vorliegenden Beispiel handelt es sich bei den Armierungsringen 21 um Stahlringe. Zur Aufnahme der Armierungs­ ringe 21 im Korb 1 sind die Stege 5 so abgestuft, daß im Bereich der hinteren Bordseite des Korbes 1 Absätze entstehen, die Sitzflächen 23 für die äußere Umfangsfläche des einen Armierungsringes 21 bilden. Im Bereich der vorderen Hakenseite des Korbes 1 sind die Stege 5 in entsprechender Weise abgestuft, so daß Absätze mit Sitzflächen 25 entstehen, an denen der zweite, vordere Armie­ rungsring 21 mit seiner äußeren Umfangsfläche anliegt. Nach Einsetzen der Armierungsringe 21 in den Korb 1 liegen die Ringe unter leichter Pressung an ihren Sitzflächen 23 bzw. 25 an. Die radiale Position der Sitzflächen 23 und 25, die in Radialrichtung gesehene lichte Weite der Ausnehmungen 19 der Segmente 3 und die Wandstärke der Armierungsringe 21 sind so bemessen, daß äußere Umfangsfläche und innere Umfangsfläche der Armierungsringe 21 jeweils Radialabstände zu den die Ausnehmungen 19 begrenzenden Rändern der Segmente 3 aufweisen, wobei die in Axialrichtung gemessene Breite der Armierungsringe 21 und die entsprechende Tiefe der Ausnehmungen 19 so bemessen sind, daß die Armierungsringe auch einen axialen Abstand vom Grund der Ausnehmungen 19 aufweisen. Bei dieser Anordnung der Segmente 3 und der Armierungsringe 21 im Korb 1 ist eine einwandfreie elektrische Isola­ tion zwischen Segmenten 3 und Armierungsringen 21 gewährleistet, weil die radialen und axialen Abstände zwischen Armierungsringen 21 und Segmenten 3 so groß gewählt sind, daß nach dem anschließenden Verpressen, bei dem sämtliche Hohlräume im Korb 1 zur Bildung des kompletten Isolierkörpers des Kommutators mit Formmasse ausgefüllt werden, durch die Stärke der Schicht der Formmasse zwischen Armierungsringen 21 und Segmenten 3 ein Durch­ schlagen bei den im Betrieb auftretenden Potentialdifferenzen vermieden ist.

Wie erwähnt, erfolgt nach dem Einsetzen der Segmente 3 in den Korb 1 und dem Einlegen der Armierungsringe 21, die an den Sitzflächen 23 und 25 gehal­ ten sind, das Verpressen des so gebildeten Verbundes mit Formmasse. Der Verbund aus Korb 1, Segmenten 3 und Armierungsringen 21 wird zu diesem Zweck, nachdem gegebenenfalls zuvor ein Schrumpfen des Segmentverbandes durchgeführt wurde, in ein Spritz- oder Preßwerkzeug eingesetzt. Vor dem Verpressen mit der Formmasse wird beim Ausführungsbeispiel in das Spritz- oder Preßwerkzeug eine Stahlbüchse 29 eingelegt, die die axiale Bohrung des Kommutators definiert. Sämtliche Hohlräume des Verbundes außerhalb der Büchse 29 werden nun mit der Formmasse ausgefüllt, so daß ein den Korb 1 als bleibenden, integralen Bestandteil enthaltender Isolierkörper gebildet wird, s. Fig. 9.

Wie aus Fig. 7 entnehmbar ist, weist das Profil der Segmente 3 an seinem Fußteil 17 beidseits je eine abgerundete Einkerbung 31 auf. In der in Fig. 8 und 9 dargestellten, abgewandelten Ausführungsform bilden diese Einkerbungen 31 Halteflächen für Keramikstifte 33, welche als Sicherungsstifte so zwischen die Stege 5 des Korbes 1 einsetzbar sind, daß sie an der Innenfläche des betreffen­ den Armierungsringes 21 anliegen, um in Zusammenwirkung mit den Halteflä­ chen an den Einkerbungen 31 die Segmente 3 gegen Radialkräfte zu sichern. Fig. 9 zeigt den Isolierkörper mit den eingesetzten, in die Formmasse eingebet­ teten Keramikstiften 33. Durch die Abstützung der Segmente 3 an den Armie­ rungsringen 21 über die Stifte 33 ergibt sich ein Hochleistungskommutator, der erhöhten Anforderungen gerecht wird, insbesondere der Belastung durch höhere Drehzahlen des Elektromotors, der den erfindungsgemäßen Kommutator aufweist.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind Keramikstifte 33 sowohl an der Hakenseite als auch an der Bordseite vorgesehen. Es versteht sich, daß je nach Art der auftretenden Belastung die Stifte nur auf einer Seite vorgesehen sein könnten. Für die Montage der Stifte 33 wird zwischen diesen und den zugeord­ neten Segmenten 3 eine eine leichte Pressung ergebende Passung vorgesehen, so daß eine leichte Verformung der Kupfersegmente 3 erzeugt wird. Um eine verhältnismäßig weite Tolerierung beim Durchmesser der Stifte 33 zu ermögli­ chen, kann an den Segmenten 3 eine Rändelung der Kontaktbereiche an den Einkerbungen 31 vorgesehen werden.

Während beim beschriebenen Ausführungsbeispiel der Korb 1 aus der gleichen Formmasse besteht wie sie beim Verpressen zur Bildung des Isolierkörpers verwendet wird, könnten unterschiedliche, speziell auf die Anforderungen der einzelnen Bauteile (Korb und Isolierkörper) abgestimmte Isolationsmaterialien verwendet werden, beispielsweise könnte der Korb 1 ein Keramikteil sein und/oder ein Thermoplast als Formmasse verwendet werden. Auch kann der Kommutator ohne innere Stahlbüchse 29 gefertigt werden.

Claims (13)

1. Verfahren zum Herstellen von Kommutatoren, bei dem eine Mehrzahl von metallischen Segmenten in einen Montagekorb eingesetzt wird, um einen Segmentverband zu bilden, bei dem die Segmente in voneinander isolier­ ter und eine Kommutierungs-Schleifbahn bildender Lageanordnung an­ geordnet sind, und der Segmentverband zur Bildung eines Isolierkörpers mit darin eingebetteten Segmenten mit einer preßformbaren, isolierenden Formmasse verpreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Montagekorb zusammen mit dem Segmentverband mit der Formmasse so verpreßt wird, daß der Montagekorb als bleibender, integraler Bestandteil in den Isolier­ körper eingeformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur Herstellung ringarmierter Kom­ mutatoren vor dem Verpressen zumindest jeweils ein Armierungsring in den Montagekorb eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Durchmesser einer axialen Bohrung des Kommutators definierende Metallbüchse beim Verpressen mit der Formmasse in den Isolierkörper eingeformt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Montagekorb aus einem Duroplast, Thermoplast oder kera­ mischem Werkstoff hergestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Montagekorb aus dem auch als Formmasse verwendeten Werk­ stoff hergestellt wird.

6. Nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellter Kommutator mit einem Isolierkörper, der einen in eine isolierende Form­ masse eingeformten Segmentverband mit einer Mehrzahl metallischer Segmente (3) enthält, die eine Kommutierungs-Schleifbahn bilden, da­ durch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper einen in die Formmasse eingeformten, als isolierender Tragkörper für den Segmentverband dienen­ den Montagekorb (1) enthält.

7. Kommutator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Monta­ gekorb (1) eine Mehrzahl von Stegen (5) besitzt, die sich in gleichen gegenseitigen Abständen voneinander von einem sie in ihrem Fußbereich verbindenden Innenring (9) des Korbes (1) radial zum Umfang des Korbes (1) erstrecken, wo sie an einer Stirnseite durch einen Außenring (11) verbunden sind, und daß die Stege (5) im Umfangsbereich des Korbes (1) Aufnahmen für die zwischen den Stegen sitzenden Segmente (3) bilden.

8. Kommutator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Außen­ ring (11) eine in einer Radialebene liegende Anschlagfläche (12) für die ihren Anschlußhaken (15) zugeordneten Enden der Segmente (3) bildet und daß der Außenring (11) Durchbrüche (14) für den Durchtritt der Haken (15) der Segmente (3) aufweist.

9. Kommutator nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (5) in zumindest einem ihrer axialen Endbereiche Sitzflä­ chen (23, 25) für die Anlage der äußeren Umfangsfläche eines in den Korb (1) eingesetzten Armierungsringes (21) bilden.

10. Kommutator nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (5) zur Bildung von Absätzen abgestuft sind.

11. Kommutator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (5) in ihrem Fußteil (17) an zumindest einem ihrer Enden eine Ausnehmung (19) aufweisen, die sich vom betreffenden Ende des Seg­ ments (3) axial nach innen erstreckt, und daß die Sitzflächen (23, 25) für die Anlage des zumindest einen Armierungsringes (21) an den Stegen (5) innerhalb der Ausnehmungen (19) der im Korb (19) befindlichen Segmen­ te (3) und in einem radialen und axialen Abstand zur Begrenzung der Ausnehmungen (19) gelegen sind.

12. Kommutator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Seg­ mente (3) durch Profilkörper gebildet sind, deren Fußteil (17) seitliche Einkerbungen (31) aufweist, die Halteflächen für die Anlage von zwischen die Stege (5) des Korbes (1) einsetzbaren, sich axial erstreckenden Stiften (33) bilden, die sich an der Innenseite des zugeordneten Armierungsringes (21) abstützen.

13. Kommutator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (33) aus einem keramischen Werkstoff bestehen.