DE19925286A1 - Verfahren zur Herstellung eines Plankommutators sowie ein nach diesem Verfahren hergestellter Plankommutator - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Plankommutators mit einem aus isolierender Preßmasse geformten Nabenkörper, einer Mehrzahl von Leitersegmenten und einer ebenso großen Anzahl von Kohlenstoffsegmenten, welche die Lauffläche bilden, wird an einen radiale Nuten aufweisenden Leiterrohling der Nabenkörper (9) angeformt, wobei die Nuten mit Preßmasse gefüllt werden. Anschließend wird das Verbundteil (10) aus Leiterrohling und Nabenkörper (9) auf der dem Nabenkörper (9) abgewandten Stirnseite des Leiterrohlings spanabhebend bearbeitet. Sodann wird auf die bearbeitete Stirnfläche des Verbundteils (10) eine Kohlenstoffringscheibe (19) unter Herstellung elektrisch leitender Verbindungen zu dem Leiterrohling bzw. den aus diesem hervorgegangenen Leitersegmenten aufgeklebt. Schließlich wird die Kohlenstoffringscheibe (19) durch sich in die die Nuten füllende Preßmasse hinein erstreckende Schnitte in Kohlenstoffsegmente unterteilt. Der Leiterrohling wird entweder bei seiner stirnseitigen Bearbeitung durch Öffnen der mit Preßmasse gefüllten Radialnuten oder aber durch später eingebrachte Trennschnitte in die Leitersegmente unterteilt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Plankommutators mit einem aus isolierender Preßmasse geformten Nabenkörper, einer Mehrzahl von Leiter­ segmenten und einer ebenso großen Anzahl von Kohlenstoff­ segmenten, welche die Lauffläche bilden, umfassend die folgenden Schritte:

• - An einen radiale Nuten aufweisenden Leiterrohling wird der Nabenkörper angeformt, wobei die Nuten mit Preßmasse gefüllt werden;
• - das Verbundteil aus Leiterrohling und Nabenkörper wird anschließend auf der dem Nabenkörper abgewandten Stirn­ seite des Leiterrohlings spanabhebend bearbeitet;
• - auf die bearbeitete Stirnfläche des Verbundteils wird zur Bildung eines Kommutatorrohlings eine Kohlen­ stoffringscheibe unter Herstellung elektrisch leitender Verbindungen zu dem Leiterrohling bzw. den aus diesem hervorgegangenen Leitersegmenten aufgebracht; und
• - die Kohlenstoffringscheibe wird durch sich in die die Nuten füllende Preßmasse hinein erstreckende Schnitte in Kohlenstoffsegmente unterteilt, wobei der Leiterrohling entweder bei seiner stirnseitigen Bearbeitung durch Öffnen der mit Preßmasse gefüllten Nuten oder aber durch später eingebrachte Trennschnitte in die Leitersegmente unterteilt wird.

Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen nach diesem Verfahren hergestellten Plankommutator.

Plankommutatoren sind in verschiedensten Gestaltungen bekannt und im Einsatz. Einen typischen Plankommutator zeigt beispielsweise die DE-OS 41 40 475.

Ein typisches Anwendungsgebiet für Plankommutatoren sind Elektromotoren von Kraftstoffpumpen (vgl. z. B. DE-OS 196 52 840 und DE-OS 19 75 26 326). Um zu verhindern, daß die Lauffläche des Kommutators durch ethanol- bzw. methanol­ haltigen Kraftstoff angegriffen wird, werden hier verbreitet Plankommutatoren mit einer Kohlenstofflauffläche eingesetzt. Dabei werden die Kohlenstoffsegmente von Leitersegmenten aus Kupfer getragen, um die Wicklungsenden der Rotorwicklung ohne Schwierigkeiten mit den Kohlenstoffsegmenten kontaktieren zu können.

Zur Herstellung von Plankommutatoren mit Kohlenstoff­ lauffläche sind zwei grundlegend verschiedenen Verfahrens­ weisen bekannt. Zum einen kann ein Kohlenstoffring, der später durch Trennschnitte in Kohlenstoffsegmente unterteilt wird, direkt durch Sintern von pulverförmigem Kohlenstoff, in den der Leiterrohling eingebettet ist, an letzterem angeformt werden. Oder aber eine vorgefertigte Kohlenstoffringscheibe wird auf eine Stirnseite des Leiterrohlings bzw. der Leiter­ segmente aufgelegt, dort durch Lötung elektrisch leitend und mechanisch fest verbunden und später durch Trennschnitte, die ggf. auch den Leiterrohling in die Leitersegmente unterteilen können, in die Kohlenstoffsegmente unterteilt. Beide Verfah­ rensweisen sind beispielsweise in der DE-OS 196 52 840 dargelegt. Die Anformung des Nabenkörpers an den Leiter­ rohling kann dabei vor (vgl. WO97/03486) oder aber nach (vgl. DE-OS 40 28 420) dem Auflöten der Kohlenstoffringscheibe auf den Leiterrohling erfolgen.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist der vorstehend genannten WO97/03486 entnehmbar. Das aus diesem Dokument bekannte Verfahren zur Herstellung eines Plankommutators zeichnet sich dadurch aus, daß diejenigen Trennschnitte, mit welchen die Kohlenstoffringscheibe in Kohlenstoffsegmente unterteilt wird, sich in die Preßmasse des Nabenkörpers hinein erstrecken, ohne den Leiterrohling zu durchtrennen. Erreicht wird dies durch das Öffnen der rückseitig am Leiter­ rohling vorgesehenen, gegenüber den Trennschnitten breiteren, mit Preßmasse gefüllten Radialnuten, bevor die Kohlen­ stoffringscheibe auf das Verbundteil aus Leiterrohling und Nabenkörper aufgebracht wird. Im Ergebnis liegt im Bereich der geöffneten Radialnuten die Kohlenstoffringscheibe unmit­ telbar an Preßmasse des Nabenkörpers an.

Zwar liegt, anders als dies beispielsweise für einen gemäß der DE-OS 196 52 840 gefertigten Plankommutator zutrifft, bei dem aus der WO97/03486 bekannten Plankommutator im Bereich der jeweils zwei Kohlenstoffsegmente trennenden Luftspalte kein Kupfer der Leitersegmente frei. Gleichwohl ist eine Langzeitschädigung der Leitersegmente und/oder der diese mit den Kupfersegmenten verbindenden Lotschicht nicht ausge­ schlossen.

Aus diesem Nachteil leitet sich die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung ab, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welches zur Herstellung von Plankommutatoren mit höchster Lebensdauer geeignet ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kohlenstoffringscheibe auf die bearbeitete Stirnfläche des aus Leiterrohling und Nabenkörper bestehenden Verbundteils aufgeklebt wird. Die für die vorliegende Erfindung charakteristische Klebverbindung der Kohlen­ stoffringscheibe und des aus Leiterrohling und Nabenkörper bestehenden Verbundteils miteinander schlägt sich auf verschiedene Weise in einer gesteigerten Lebensdauer des erfindungsgemäßen Plankommutators, verglichen mit solchen nach dem Stand der Technik nieder. Eine der herausragenden Wirkungsweisen ist dabei, daß die erfindungsgemäß vorgesehene Klebeverbindung nicht nur, wie dies von der beim Stand der Technik eingesetzten Lötverbindung her bekannt ist, zwischen dem Leiterrohling, insbesondere dessen Stirnfläche, und den korrespondierenden Bereichen der Kohlenstoffringscheibe wirkt; vielmehr erstreckt sich die Klebeverbindung auch auf diejenigen Bereiche, in denen die Kohlenstoffringscheibe an der Preßmasse des Nabenkörpers anliegt. Dies gilt namentlich für die Kontaktfläche zwischen der Kohlenstoffringscheibe und einem zentralen, aus Preßmasse bestehenden Fixiersteg.

Neben der gesteigerten Lebensdauer ergibt sich in Anwendung der vorliegenden Erfindung als vorteilhafter Nebeneffekt, daß der mit der Herstellung des Plankommutators verbundene Aufwand geringer ist als in Anwendung bekannter Verfahren. Maßgeblich hierfür ist, daß das beim Stand der Technik erfor­ derliche aufwendige Vorbehandeln der Kohlenstoffringscheibe, um diese überhaupt lötbar zu machen, entfällt. Insbesondere braucht die Kohlenstoffringscheibe nicht, beispielsweise durch Aufdampfen einer dünnen Kupferschicht metallisiert zu werden.

Schließlich erweist sich die vorliegende Erfindung auch insoweit als vorteilhaft, als sich bei geeigneter Wahl des Klebstoffes die beim Stand der Technik bestehende Gefahr, daß beim Schweißen der Wicklungsdrähte an die Leitersegmente deren Temperatur den Erweichungspunkt des Lotes übersteigt und dadurch die Kohlenstoffsegmente verrutschen können, redu­ zieren läßt.

Insbesondere dann, wenn gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Radial­ nuten bereits bei der stirnseitigen Bearbeitung des Verbundteils geöffnet werden, wirkt die erfindungsgemäß vorgesehene, sich über die gesamte bearbeitete Stirnfläche des aus Leiterrohling und Preßkörper bestehenden Verbundteils erstreckende Klebeverbindung also auch zwischen der Kohlen­ stoffringscheibe und dem die geöffneten Radialnuten füllenden Preßstoff. Durch die bei Anwendung bisher eingesetzter Lötverfahren nicht mögliche feste mechanische Verbindung zwischen der Kohlenstoffringscheibe und dem die Nuten füllenden Preßstoff wird bei dieser Weiterbildung der Erfindung besonders wirksam jegliches Ausbrechen des Kohlen­ stoffs beim Ausführen der die Kohlenstoffringscheibe unter­ teilenden Trennschnitte im Bereich der Übergänge zur Preßmasse verhindert. Die Struktur der Kohlenstoffsegmente angrenzend an die Trennschnitte bleibt intakt. Als Resultat hiervon läßt sich bei dergestalt hergestellten Plankommu­ tatoren, anders als dies für den Stand der Technik zutrifft, auch nach langer Laufdauer keine Erosion an den Kohlen­ stoffsegmenten im Bereich der Trennschnitte feststellen.

Im übrigen verhindert die (auch) zwischen den Kohlenstoff­ segmenten und der die Radialnuten füllenden Preßmasse bestehenden Klebeverbindungen, daß von den Trennschnitten her aggressive Medien wie methanol- bzw. ethanolhaltiger Kraft­ stoff in den Bereich der zwischen den Leitersegmenten und den Kohlenstoffsegmenten bestehenden Kontaktflächen eindringen kann. Auch insoweit wird durch diese Weiterbildung der vorliegenden Erfindung mit einfachen Mitteln ein Problem gelöst, das beim Stand der Technik nur bei Anwendung von aufwendigen Vorbehandlungs- und Lötverfahren, insbesondere unter Verwendung von Silber gelöst werden konnte.

Wenngleich als Klebstoff besonders bevorzugt ein thermo­ plastisches Kunststoffpulver mit Schmelzpunkt über 290°C verwendet wird (s. u.), lassen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Klebstoff die verschiedensten Substanzen verwenden. In Betracht kommen neben einem thermoplastischen Kunststoff insbesondere Steinkohlen- und Petrolteere und -peche, natürliche Harze, Kunstharze und duroplastische Kunst­ stoffe, die durch Polimerisation, Poliaddition oder Poli­ kondensation hergestellt und ggf. durch Naturstoffe, z. B. pflanzliche oder tierische Öle bzw. natürliche Harze modifiziert wurden, sowie alle künstlichen Harze, die durch Modifizierung (z. B. Veresterung, Verseifung) natürlicher Harze hergestellt wurden.

Verschnitte der vorstehend angegebenen Substanzen sind ebenfalls geeignet. Besonders günstig ist dabei der Klebstoff auf der Basis einer Mischung von Pulver mindestens eines thermoplastischen und mindestens eines duroplastischen Kunst­ stoffs hergestellt. Dies erweist sich als sehr vorteilhaft bei der Herstellung des Plankommutators, weil ein Aufschmelzen des Klebstoffes und damit ein Verrutschen der Kohlenstoffsegmente beim Schweißen der Anschlüsse wirksam verhindert wird.

Soweit der Klebstoff, wie es für viele der in Betracht kommenden Substanzen zutrifft, selbst nicht oder nur gering elektrisch leitend ist, wird der Klebstoff mit einem elektrisch leitfähigen metallischen oder nicht metallischen Füllstoff in Form von Pulvern, Spänen oder Fasern gefüllt. Besonders bevorzugt wird ein korrosionsbeständiges Metall­ pulver verwendet, vorzugsweise Silber oder silber­ beschichtetes Kupferpulver mit einem Körnungsbereich von 40 bis 90 µm. Je nach Anwendung kann der Anteil des Füllstoffs an dem gefüllten Klebstoff zwischen 5 und 95, bevorzugt zwischen 25 und 50 Massenprozent betragen.

Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß bei der stirnseitigen Bearbeitung des Verbundteils ein aus Preßmasse bestehender, ringförmiger innerer Fixiersteg stehengelassen wird, dessen Außendurchmesser in Bearbeitungsrichtung abnimmt. Der maximale Außendurchmesser des Fixierstegs ist dabei bevorzugt größer als der Innendurchmesser der Bohrung der Kohlen­ stoffringscheibe vor deren Aufbringen auf das Verbundteil, wobei das Übermaß bei durchschnittlich dimensionierten Kommu­ tatoren etwa 0,1 mm beträgt. Besonders bevorzugt wird dabei die äußere Stirnkante des Fixierstegs unter einem Winkel zwischen 10° und 45° angefast. Der vorstehend spezifizierte Fixiersteg wirkt sich sowohl bei der Herstellung des Plan­ kommutators wie auch im Hinblick auf dessen Lebensdauer vorteilhaft aus. Im Rahmen des Herstellungsverfahrens fixiert der Fixiersteg aufgrund seiner Dimensionierung die auf das Verbundteil aufgesetzte Kohlenstoffringscheibe. Der zwischen die einander gegenüberstehenden Stirnflächen der Kohlen­ stoffringscheibe einerseits und des Verbundteils andererseits eingebrachte Klebstoff wird selbst dann an Ort und Stelle gehalten und am Entweichen gehindert, wenn es sich um ein trockenes pulverförmiges Material handelt. Das gleiche gilt für den ggf. vorgesehenen elektrisch leitenden Füllstoff in Form von Spänen oder dgl. Der Fixiersteg übernimmt zudem für die Kohlenstoffringscheibe eine Zentner- bzw. Justier­ funktion, so daß die Kohlenstoffringscheibe bereits vor der Verbindung mit dem Verbundteil in den Außenmaßen auf Endmaß gefertigt werden kann. Das Übermaß des Fixierstegs gegenüber dem Durchmesser der Bohrung der Kohlenstoffringscheibe verhindert überdies einen Austritt des Klebstoffs im Bereich der Bohrung der Kohlenstoffringscheibe bei deren Aufpressen auf das Verbundteil. Hierzu trägt auch bei, daß sich der Fixiersteg in axialer Richtung verjüngt, wodurch eine zur Aufnahme von Klebstoff geeignete ringförmige Tasche gebildet wird. Die Querschnittsform der Tasche, die insbesondere keil­ förmig ausgeführt sein kann, begünstigt ferner die Haftung der Kohlenstoffsegmente des fertigen Kommutators. Schließlich wirkt sich der in den Klebstofftaschen angesammelte ausge­ härtete Klebstoff dahingehend positiv aus, daß er einen Zutritt von aggressiven Stoffen in den zwischen den Kohlen­ stoffsegmenten und den Leitersegmenten gebildeten Kontakt­ bereich radial von innen her verhindert.

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Verbundteil aus Leiterrohling und Nabenkörper einen den Leiterrohling umgebenden äußeren Ring­ mantel aus Preßmasse aufweist, der ebenfalls bei der stirn­ seitigen Bearbeitung des Verbundteils vor dem Aufbringen der Kohlenstoffringscheibe mit bearbeitet wird. Auf diese Weise kann beim Aufkleben der Kohlenstoffringscheibe auf das Verbundteil eine feste Verbindung der Preßmasse mit der Kohlenstoffringscheibe an deren Außenumfang hergestellt werden. Dies ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die mechanische Festigkeit und somit die Lebensdauer des Kommu­ tators. Dabei wirkt sich auch aus, daß eine derartige Verbindung der Kohlenstoffringscheibe an ihrem Außenumfang mit der Preßmasse des Nabenkörpers beim fertigen Kommutator ein Eindringen von aggressiven Substanzen in den Bereich der zwischen den Kohlenstoffsegmenten und den Leitersegmenten bestehenden Kontaktflächen radial von außen her verhindert. Insbesondere in Verbindung mit der weiter oben erläuterten radial inneren Verbindung der Kohlenstoffsegmente mit einem Fixiersteg ergibt sich eine allseits geschlossene, herme­ tische Einkapselung der Kontaktflächen.

Der im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommende Leiterrohling weist besonders bevorzugt auf seiner zu bearbeitenden Stirnseite einen Innenringsteg, einen Außen­ ringsteg und Radialstege auf, wobei die Stege gegenüber der übrigen Stirnfläche vorspringen, so daß zwischen den Stegen taschenförmige Vertiefungen gebildet sind. Die Anzahl der Radialstege entspricht dabei der Anzahl der auf der gegen­ überliegenden Seite angeordneten Radialnuten, welche wiederum mit der Anzahl der Kohlenstoffsegmente und der Leitersegmente identisch ist. Die Nutgründe der Radialnuten können dabei im wesentlichen in derselben Ebene verlaufen wie die Stirnfläche zwischen den Stegen. Ein derart gestalteter Leiterrohling zeichnet sich durch verschiedene, in dieser Kombination bisher nicht erreichte Vorteile aus. Denn der Leiterrohling weist bei einem vergleichsweise geringen Werkstoffeinsatz eine besonders große Verwindungssteifigkeit auf, wobei zugleich der beim stirnseitigen Bearbeiten des Verbundteils erforderliche Materialabtrag vergleichsweise gering ist. So ist ein dergestalt geformter Leiterrohling besonders kosten­ günstig herstellbar, beim Anformen des Nabenkörpers zu einem besonders präzisen Verbundteil mit Preßmasse zu umspritzen und im Rahmen des Verbundteils besonders ökonomisch stirn­ seitig zu bearbeiten. So brauchen, falls die Nutgründe der Radialnuten im wesentlichen in derselben Ebene verlaufen wie die Stirnfläche zwischen den Stegen, bei der stirnseitigen Bearbeitung des Verbundteils im wesentlichen lediglich der Innenringsteg, der Außenringsteg und die Radialstege entfernt, beispielsweise abgedreht zu werden; denn die Radialnuten öffnen sich bei der angegebenen Dimensionierung mit dem vollständigen Entfernen der genannten Stege. Die vorstehend erläuterte Weiterbildung des Leiterrohlings läßt sich ersichtlich mit denselben Vorteilen auch bei solchen gattungsgemäßen Plankommutatoren anwenden, bei denen die Kohlenstoffringscheibe auf das Verbundteil nicht aufgeklebt sondecn vielmehr auf sonstige Weise befestigt, beispielsweise gelötet wird. Eine Teilung der vorliegenden Patentanmeldung, um die Gestaltung des Leiterrohlings isoliert weiterzu­ verfolgen, bleibt vorbehalten.

Wenngleich, so wie dies vorstehend angegeben und erläutert ist, sich die vorliegende Erfindung in besonderer Weise im Rahmen eines Verfahrens zur Herstellung von Plankommutatoren einsetzen läßt, bei dem das Verbundteil aus Leiterrohling und Nabenkörper stirnseitig bis zum Öffnen der mit Preßmasse gefüllten Nuten spanabhebend bearbeitet wird, um den Leiter­ rohling in die Leitersegmente zu unterteilen, ist sie keines­ falls auf diese Verfahrensführung beschränkt. In einem alternativen, ebenfalls von der vorliegenden Erfindung abgedeckten Herstellverfahren wird das Verbundteil zwar stirnseitig bearbeitet, ohne daß jedoch die mit Preßmasse gefüllten Nuten dabei geöffnet werden; vielmehr sind bei dieser Verfahrensführung die Leitersegmente auch nach der stirnseitigen Bearbeitung des Verbundteils noch miteinander verbunden, und zwar über dünne Verbindungsstege im Bereich der Nutgründe. Diese Verbindungsstege werden erst durch­ trennt, nachdem die Kohlenstoffringscheibe auf das Verbund­ teil aufgeklebt worden ist, und zwar bevorzugt in einem Arbeitsschritt gemeinsam mit dem Unterteilen der Kohlenstoffringscheibe in Kohlenstoffsegmente.

Im Folgenden werden zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht einen Leiterrohling,

Fig. 2 einen Tangentialschnitt durch den Leiterrohling gemäß Fig. 1 entlang der Linie II-II,

Fig. 3 das aus Leiterrohling und Nabenkörper gebildete Verbundteil, nachdem dieses zur Unterteilung des Leiterrohlings in acht Leitersegmente stirnseitig bearbeitet worden ist,

Fig. 4 einen Tangentialschnitt durch das in Fig. 3 darge­ stellte Verbundteil entlang der Linie IV-IV,

Fig. 5 in perspektivischer Ansicht die Kohlen­ stoffringscheibe vor ihrem Aufkleben auf das Verbund­ teil gemäß Fig. 3,

Fig. 6 in perspektivischer Ansicht einen aufgeschnittenen, durch Aufkleben der Kohlenstoffringscheibe gemäß Fig. 5 auf das Verbundteil gemäß Fig. 3 hergestellten Kommutatorrohling,

Fig. 7 einen Axialschnitt durch den Kommutatorrohling gemäß Fig. 6, nachdem am Außenumfang im Bereich der Klebe­ schicht eine Umfangsnut eingedreht worden ist,

Fig. 8 einen Tangentialschnitt durch einen Plankommutator, der aus dem Kommutatorrohling gemäß Fig. 7 durch Einbringen von die Kohlenstoffringscheibe in Kohlen­ stoffsegmente unterteilenden Trennschnitten entstanden ist;

Fig. 9 bis Fig. 13 erläutern eine Variante des in den Fig. 1 bis 8 veranschaulichten und unter Bezugnahme hierauf nachstehend erläuterten Herstellverfahrens.

Der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte Leiterrohling 1 ist von im wesentlichen topfförmiger Gestalt. Er entspricht damit hinsichtlich seines grundsätzlichen Aufbaus dem Stand der Technik, wie er beispielsweise der WO97/03486 entnehmbar ist. Gegenüber bekannten Leiterrohlingen, wie sie beispielsweise aus jener Veröffentlichung bekannt sind, zeichnet sich der Leiterrohling gemäß den Fig. 1 und 2 aus durch einen Innen­ ringsteg 2, einen Außenringsteg 3 und acht Radialstege 4 auf derjenigen Stirnseite, auf die später die Kohlen­ stoffringscheibe aufgeklebt werden soll. Zwischen jeweils zwei benachbarten Radialstegen 4 und den diese miteinander verbindenden Abschnitten des Innenringstegs 2 und des Außen­ ringstegs 3 ist eine taschenförmige Vertiefung 5 gebildet. Die durch die Böden 6 der taschenförmigen Vertiefungen 5 gebildete Stirnfläche zwischen den Stegen liegt in einer achsnormalen Ebene. Die auf der gegenüberliegenden Seite des Leiterrohlings 1 ausgeformten Radialnuten 7 weisen einen trapezförmigen Querschnitt auf. Sie verlaufen parallel zu den Radialstegen 4 und weisen eine Tiefe auf, daß ihr Nutgrund 8 im wesentlichen in derselben Ebene liegt wie die Böden 6 der taschenförmigen Vertiefungen 5.

Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen das aus dem Leiterrohling gemäß den Fig. 1 und 2 sowie dem an diesem angeformten, den Nabenkörper 9 bildenden Preßteil bestehende Verbundteil 10, nachdem dieses stirnseitig, nämlich auf der in Fig. 1 gezeigten Stirnseite bearbeitet worden ist. Das zuvor erfolgte Anformen des aus Preßmasse bestehenden Nabenkörpers entspricht dem Stand der Technik, wie er beispielsweise der WO97/03486 entnehmbar ist, so daß es an dieser Stelle keiner Erläuterungen bedarf. Die stirnseitige Bearbeitung des Verbundteils 10 umfaßt dessen stirnseitiges Abdrehen zum Entfernen des Innenringstegs 2, des Außenringstegs 3 und der Radialstege 4. Nach dem Entfernen der Stege hat der Leiter­ rohling eine geschlossene, ringförmige, ebene Stirnfläche in der durch die Böden 6 der taschenförmigen Vertiefungen 5 gebildeten Ebene. Diese Ringfläche wird im folgenden weiter abgedreht, und zwar so weit, bis die Nuten 7 im Bereich ihres Nutgrundes 8 vollständig geöffnet sind. Die Lage dieser Bearbeitungsebene 11 ist in Fig. 2 veranschaulicht.

Ersichtlich genügt ein minimaler Materialabtrag der geschlos­ senen, ringförmigen, ebenen Stirnfläche des Leiterrohlings, um die mit Preßstoff gefüllten Nuten 8 zu öffnen. Bei noch tieferer Ausbildung der Nuten 7 als in Fig. 2 dargestellt wäre sogar möglich, die Radialnuten zu öffnen, während noch der Innenringsteg 2, der Außenringsteg 3 und die Radialstege 4 abgetragen werden.

Infolge des Öffnens der Nuten 7 durch die stirnseitige Bearbeitung des Verbundteils 10 ist der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte Leiterrohling in acht getrennte Leiter­ segmente 12 unterteilt worden. Zwischen jeweils zwei Leiter­ segmenten 12 befindet sich jeweils eine aus Preßstoff geformte Rippe 13 des Nabenkörpers 9.

Bei der stirnseitigen Bearbeitung des Verbundteils 10 wurde ein innerer ringförmiger Bereich ausgespart, so daß ein aus Preßmasse bestehender, ringförmiger innerer Fixiersteg 14 stehengeblieben ist. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, daß der aus Preßstoff geformte Nabenkörper 9 eine innere Hülse 15 umfaßt, die radial innerhalb der zentralen Bohrung 16 des Leiterrohlings 1 angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Leiterrohling 1 stirnseitig über seine gesamte radiale Erstreckung bearbeitet werden und zugleich radial innerhalb der zentralen Bohrung 16 des Leiterrohlings 1 der Fixiersteg 14 stehengelassen werden.

In Fig. 3 ist des weiteren veranschaulicht, daß die an den Wandabschnitten 17 der Leitersegmente 12 angeformten Hakenelemente 18 aus ihrer in Fig. 1 dargestellten radial abstehenden Stellung heraus umgebogen worden sind.

Fig. 5 dient lediglich der Veranschaulichung dessen, daß zur Herstellung der späteren Kohlenstoffsegmente eine kosten­ günstig und mit geringem Aufwand herstellbare Kohlen­ stoffringscheibe 19 Verwendung findet. Der Außenumfang 20 der Kohlenstoffringscheibe 19 ist exakt auf den Außenumfang 21 des stirnseitig bearbeiteten Verbundteils 10 abgestimmt dergestalt, daß der Außendurchmesser der Kohlen­ stoffringscheibe 19 mit dem Außendurchmesser des Verbundteils 10 im Bereich der Bearbeitungsebene 11 übereinstimmt. Der Durchmesser der Bohrung 22 der Kohlenstoffringscheibe 19 ist etwa 0,1 mm geringer als der Außendurchmesser des Fixierstegs 14 des Verbundteils 10. Dies begünstigt, daß der Kohlen­ stoffring 14 bereits vor der Ausführung der Verklebung mit dem Verbundteil 10 während des Herstellverfahrens lagesicher positioniert ist und zwischen den miteinander zu verklebenden Teilen vorhandener Klebstoff nicht entweichen kann.

Zwei besondere Details des Fixierstegs 14 sind in Fig. 6, die den aus Verbundkörper 10 und aufgeklebter Kohlen­ stoffringscheibe 19 gebildeten Kommutatorrohling 23 zeigt, gut zu erkennen. Zum einen verjüngt sich die Außenfläche 24 des Fixierstegs 14 vom Bereich des maximalen Durchmessers in Richtung auf die Bearbeitungsebene 11 hin; mit anderen Worten, der Außendurchmesser des Fixierstegs 14 nimmt vom Bereich eines maximalen Durchmessers in Richtung auf die Bearbeitungsebene 11 hin ab. Auf diese Weise entsteht am Außenumfang des Fixierstegs 14 eine umlaufende ringnutartige Vertiefung, die beim Verkleben der Kohlenstoffringscheibe 19 mit dem Verbundteil 10 mit Klebstoff gefüllt wird. Die auf diese Weise gebildete Klebstofftasche 25 mit etwa keil­ förmigem Querschnitt begünstigt die mechanisch feste und dichte Verbindung der Kohlenstoffringscheibe 19 und der aus ihr hervorgehenden Kohlenstoffsegmente mit dem Verbundteil 10. Des weiteren ist die Anfasung 26 des Fixierstegs 14 erkennbar, die im Hinblick auf das Übermaß des Fixierstegs gegenüber der Bohrung 22 der Kohlenstoffringscheibe 19 von Bedeutung ist, um eine Beschädigung der Kohlen­ stoffringscheibe während der Montage auszuschließen.

Die Kohlenstoffringscheibe 19 wird, wie weiter oben umfassend ausgeführt wurde, mit dem Verbundteil 10 verklebt. Als Kleber wird eine Mischung aus thermoplastischem Kunststoffpulver (PPS) und duroplastischem Kunststoffpulver verwendet. PPS zeichnet sich durch seine hohe Temperaturbeständigkeit und seine hohe Beständigkeit in Treibstoffen aus. Eine der beiden Klebflächen wird mit dem Klebstoffpulververschnitt sowie mit Metallpulver bestäubt. Als Metallpulver, dessen Aufgabe darin besteht, eine ausreichende Leitfähigkeit zu gewährleisten, wird ein aus Korrosionsgründen versilbertes Kupferpulver mit eine Körnungsbereich von 40 bis 90 µm verwendet. Der Anteil des Metallpulvers an dem mit ihm gefüllten Klebstoff liegt zwischen 25% und 50%. Es wird gerade so viel Kunststoff­ pulver auf die Klebfläche aufgestreut, daß die Oberfläche gleichmäßig und dicht bedeckt ist. Dann werden das Verbundteil 10 und die Kohlenstoffringscheibe 19 zusammen­ gefügt und unter einem Druck von ca. 5 N/mm² auf ca. 300°C erwärmt. Dabei schmilzt der Kleber auf und dringt in die Poren der Kohlenstoffringscheibe 19 ein. Nach einer kurzen Haltezeit von ca. 5 Sekunden wird abgekühlt. Dabei erstarrt der in die Poren eingedrungene Kleber und bewirkt so einen mechanischen Formschluß. Dadurch wird eine optimale Haftung erzielt, die jener einer Lötung überlegen ist. Das Metall­ pulver bildet die Kontaktbrücken zwischen den Leitersegmenten 12 und der Kohlenstoffringscheibe 19, was einen sehr niedrigen Übergangswiderstand bewirkt. Die Stärke der Klebstoffschicht 27 beträgt im Endzustand maximal 500 µm, wobei, wie weiter oben dargelegt ist, der Klebstoff teilweise in die Poren der Kohlenstoffringscheibe 19 eingedrungen und dort ausgehärtet ist.

Durch das Einstreuen der leitenden Partikel in die Klebstoff­ masse werden die für die elektrische Leitung verantwortlichen Partikel in den Klebstoff eingebettet und sind auf diese Weise gegen elektrische und chemische Reaktionen mit dem Umgebungsmedium geschützt. Des weiteren ist der jedem einzelnen Leitersegment 12 zugeordnete Kontaktflächenbereich durch Verklebung der Kohlenstoffringscheibe 19 mit Preßmasse radial innen, im Bereich des Fixierstegs 14, sowie in Umfangsrichtung im Bereich der Rippen 13 gegen Eindringen von aggressiven Medien abgedichtet. Im Falle einer Ummantelung des Außenumfangs des Verbundteils 10 im Bereich der Wand­ abschnitte 17 durch einen aus Preßmasse gebildeten Ringmantel wäre auch radial außen eine entsprechende Verbindung der Kohlenstoffringscheibe bzw. der späteren Kohlenstoffsegmente mit der Preßmasse im Bereich des Außenumfangs möglich, um auch in diesem Bereich ein Eindringen von aggressiven Substanzen in den Bereich der Kontaktflächen zu unterbinden.

Um am Außenumfang des Kommutatorrohlings 23 herausgequollene Klebstoffreste 28 zu entfernen, wird, wie dies in Fig. 7 veranschaulicht ist, nach Aushärten des Klebstoffs im Bereich der Klebschicht 27 eine Umfangsnut 29 eingedreht. Damit ist der Kommutatorrohling 23 soweit vorbereitet, daß lediglich noch die Kohlenstoffringscheibe 19 durch Trennschnitte 30 in Kohlenstoffsegmente 31 zu unterteilen sind. In der linken Hälfte der Fig. 7 ist dargestellt, daß sich der Trennschnitt 30 in die Preßstoffrippe 13 hinein erstreckt. Dabei wird auch der Fixiersteg 14 durch die Trennschnitte 30 unterteilt, so daß insbesondere ein Stromfluß zwischen den einzelnen Leiter­ segmenten über den mit Metallpartikeln gefüllten Klebstoff ausgeschlossen ist.

Fig. 8 veranschaulicht in einem Tangentialschnitt den Bereich zwischen zwei Leitersegmenten 12 und den diesen zugeordneten Kohlenstoffsegmenten 31. Erkennbar ist wiederum, daß der Trennschnitt 30, der die Kohlenstoffringscheibe in die beiden hier dargestellten Kohlenstoffsegmente 31 unterteilt, sich in die Preßstoffrippe 13 des Nabenkörpers 9 hinein erstreckt und dabei auch die Klebstoffschicht 27 durchtrennt. Erkennbar ist des weiteren, daß die Breite des Trennschnitts 30 geringer ist als die Breite der Preßstoffrippe 13. Auf diese Weise wird unmittelbar angrenzend an den Trennschnitt 30 jedes der beiden Kohlenstoffsegmente 31 fest mit der Preßstoffrippe 13 des Nabenkörpers 9 verklebt, was ein Ausbrechen der Kohlen­ stoffsegmente 31 an ihrer Basis beim Einbringen der Trenn­ schnitte 30 wirksam verhindert.

Die Fig. 9 bis 13 veranschaulichen eine Alternative zu dem vorstehend erläuterten Herstellverfahren. Sie entsprechend in erheblichem Umfang den Fig. 2, 3, 4, 7 und 8; im Umfang der Übereinstimmung zu jenen Figuren wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Die nachstehende Beschreibung beschränkt sich daher auf die maßgebliche Unterschiede des in den Fig. 9 bis 13 veranschaulichten Herstellverfahrens gegen­ über im Herstellverfahren gemäß den Fig. 1 bis 8.

Der Vergleich der Fig. 9 und 2 zeigt, daß die Radialnuten 7' im Falle der hier beschriebenen Variante eine geringere Tiefe aufweisen als die Radialnuten 7 des weiter oben erläuterten Herstellverfahrens. Hieraus folgt, daß bei der stirnseitigen Bearbeitung des aus dem Leiterrohling und dem Nabenkörper bestehenden Verbundteils 10' bis zur Bearbeitungsebene 11 die Nuten 7' nicht geöffnet werden. Vielmehr bleiben die späteren Leitersegmente des Leiterrohlings über Verbindungsstege 32 miteinander verbunden. Ein bevorzugtes Maß für die Dicke der Verbindungsstege 32 beträgt bei einem Plankommutator typischer Dimensionierung etwa 0,3 mm.

Die Kohlenstoffringscheibe wird somit auf die durch die stirnseitige Bearbeitung hergestellte ringförmige Fläche 33 des Leiterrohlings 1' aufgeklebt. Das Unterteilen des Leiter­ rohlings 1' in die Leitersegmente 12' erfolgt in einem Arbeitsgang mit dem Unterteilen der Kohlenstoffringscheibe in Kohlenstoffsegmente 31' durch Trennschnitte 30', welche sich bis in die Preßmasse des Nabenkörpers in den Nuten 7' hinein erstrecken.

Abweichend von der weiter oben beschriebenen Vorgehensweise wird im übrigen bei dem in den Fig. 9 bis 13 veranschau­ lichten Verfahren nicht im Bereich der Klebeschicht zwischen der Stirnfläche des Leiterrohlings und der Kohlen­ stoffringscheibe eine Umfangsnut eingedreht; vielmehr wird die gesamte Kohlenstoffringscheibe an ihrem radial äußeren Umfang geringfügig überdreht, so daß die Kohlen­ stoffringscheibe anschließend einen geringfügig geringeren Durchmesser aufweist als der Leiterrohling. Die Umfangs­ bearbeitung der Kohlenstoffringscheibe des Kommutatorrohlings erstreckt sich dabei bis auf das Niveau der Verbindungsstege 32 zwischen den späteren Leitersegmenten 12', so daß mögliche aus der Verbindungsebene herausgequetschte Klebstoffreste entfernt werden. In Fig. 12 ist der Bereich der Umfangs­ bearbeitung des Kommutatorrohlings durch eine Stufe 34 am Außenumfang angedeutet.

Claims (20)

1. Verfahren zur Herstellung eines Plankommutators mit einem aus isolierender Preßmasse geformten Nabenkörper (9, 9'), einer Mehrzahl von Leitersegmenten (12, 12') und einer ebenso großen Anzahl von Kohlenstoffsegmenten (31, 31'), welche die Lauffläche bilden, umfassend die folgenden Schritte:

• - an einen radiale Nuten (7, 7') aufweisenden Leiter­ rohling (1, 1') wird der Nabenkörper (9, 9') ange­ formt, wobei die Nuten (7, 7') mit Preßmasse gefüllt werden;
• - das Verbundteil (10, 10') aus Leiterrohling (1, 1') und Nabenkörper (9, 9') wird anschließend auf der dem Nabenkörper (9, 9') abgewandten Stirnseite des Leiterrohlings (1, 1') spanabhebend bearbeitet;
• - auf die bearbeitete Stirnfläche des Verbundteils (10, 10') wird zur Bildung eines Kommutatorrohlings (23) eine Kohlenstoffringscheibe (19) unter Herstellung elektrisch leitender Verbindungen zu dem Leiterrohling (1') bzw. den aus diesem hervorge­ gangenen Leitersegmenten (12) aufgebracht; und
• - die Kohlenstoffringscheibe (19) wird durch sich in die die Nuten (7, 7') füllende Preßmasse hinein erstreckende Schnitte (30, 30') in Kohlenstoff­ segmente (31, 31') unterteilt, wobei der Leiter­ rohling (1, 1') entweder bei seiner stirnseitigen Bearbeitung durch Öffnen der mit Preßmasse gefüllten Radialnuten (7) oder aber durch später eingebrachte Trennschnitte (30') in die Leitersegmente (12, 12') unterteilt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffringscheibe (19) auf die bearbeitete Stirnfläche des aus Leiterrohling (1, 1') und Nabenkörper (9, 9') bestehenden Verbundteils (10, 10') aufgeklebt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der stirnseitigen Bearbeitung des Verbundteils (10) ein aus Preßmasse bestehender, ringförmiger innerer Fixiersteg (14) stehengelassen wird, dessen Außen­ durchmesser in Bearbeitungsrichtung abnimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Außendurchmesser des Fixierstegs (14) größer ist als der Innendurchmesser der Bohrung (22) der Kohlenstoffringscheibe (19) vor deren Aufbringen auf das Verbundteil (10).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übermaß etwa 0,1 mm beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Stirnkante des Fixierstegs (14) unter einem Winkel zwischen 10° und 45° angefast wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterrohling (1) auf seiner zu bearbeitenden Stirnseite einen Innenringsteg (2), einen Außenringsteg (3) und Radialstege (4) aufweist, wobei die Stege (2, 3, 4) gegenüber der übrigen Stirnfläche vorspringen, so daß zwischen den Stegen taschenförmige Vertiefungen (5) gebildet sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Leiterrohling (1) die Nutgründe (8) der Radialnuten (7) im wesentlichen in derselben Ebene verlaufen wie die Stirnfläche (6) zwischen den Stegen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen der Klebverbindung zwischen der Kohlenstoffringscheibe (19) und dem Verbundteil (10) mindestens eines der beiden Teile vor dem Zusammenfügen mit thermoplastischem und/oder duroplastischem Kunst­ stoffpulver und Metallpulver bestreut wird und daß beide Teile nach dem Zusammenfügen zeitgleich zusammengepreßt und erwärmt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus thermoplastischem und duro­ plastischem Kunststoffpulver verwendet wird, wobei die Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs mindestens 290°C beträgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen der Klebverbindung zwischen der Kohlenstoffringscheibe (19) und dem Verbundteil (10, 10') auf mindestens eines der beiden Teile vor dem Zusammen­ fügen ein Klebstoff aufgebracht wird, der mit einem elektrisch leitfähigen metallischen oder nicht- metallischen Füllstoff in Form von Pulvern, Spänen oder Fasern gefüllt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Füllstoff zwischen 5% und 95%, bevor­ zugt 25% bis 50% bezogen auf die Masse des gefüllten Klebstoffes beträgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff Metallpulver mit einer Korngröße zwischen 40 und 90 µm verwendet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Klebevorgang in den Kommutatorrohling (23) im Bereich der Fügeebene von Verbundteil (10) und Kohlen­ stoffringscheibe (19) eine Umfangsnut (29) eingebracht wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Klebevorgang die Kohlenstoffringscheibe (19) und ein angrenzender Teil des Leiterrohlings (1') am Außenumfang abgedreht werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterrohling (1, 1') eine grundsätzlich topf­ förmige Gestalt aufweist, wobei die späteren Leiter­ segmente (12, 12') über ihre gesamte radiale Erstreckung miteinander verbunden sind.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterrohling (1, 1') an seinem inneren Umfangs­ rand verteilt angeordnete, axial vorspringende Halte­ klauen aufweist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterrohling (1, 1') an seinem äußeren Umfangs­ rand verteilt angeordnete, axial vorspringende Wandab­ schnitte (17, 17') mit jeweils einer Kontaktfahne (18, 18') aufweist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterrohling (1') nicht bereits beim stirnseitigen Bearbeiten des Verbundteils (10') vor dem Aufkleben der Kohlenstoffringscheibe (19) auf dieses in die Leitersegmente (12') unterteilt wird, sondern vielmehr durch Trennschnitte (30') erst nach dem Aufkleben der Kohlenstoffringscheibe (19), insbesondere in dem die Kohlenstoffringscheibe in Kohlenstoffsegmente (31') unterteilenden Arbeitsschritt.

19. Plankommutator mit einem aus isolierender Preßmasse geformten Nabenkörper (9, 9'), einer Mehrzahl von Leitersegmenten (12, 12') und einer ebenso großen Anzahl von Kohlenstoffsegmenten (31, 31'), welche die Lauffläche bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffsegmente (31, 31') mit den Leiterseg­ menten (12, 12') verklebt sind.

20. Plankommutator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffsegmente (12) im Bereich ihrer Ränder, die durch jeweils zwei Kohlenstoffsegmente trennende radiale Luftspalte definiert werden, mit Preßstoffrippen (13) des Nabenkörpers (9) verklebt sind.