DE2104614A1

DE2104614A1 - Kommutator

Info

Publication number: DE2104614A1
Application number: DE19712104614
Authority: DE
Inventors: Eugene A Alton Jones Virgil J Godfrey 111 Lilley (V St A )
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1970-02-04
Filing date: 1971-02-01
Publication date: 1971-09-09
Also published as: GB1331536A; US3659130A; CA938980A; AU2489671A

Description

OLin Corporation, 275 Winchester Avenue, New Haven, Conn_o/USA

Kommutator

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kommutator mit mehreren voneinander isolierten, zylindrisch um eine Hülse angeordneten Platten mit wenigstens einem an einer Plattenkante vorstehenden hakenartigen Vorsprung zur Befestigung eines Ankerdrahtes.

Ee sind Kommutatoren bekannt, die au» einer maz3slr«ii Kupferlegierung, ζ.!)» sauers fcof freiem Kupfer hoher Leitfähigkeit, deyoxydiertüin phoaphorarmum Kupfur oder uuueratoffarmom, β L Iborhal feigem Kupfer be

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Diese Materialien werden verwendet, da bei der Bildung der Haken des Kommutators eine erhebliche Verformung erforderlich ist und diese Materialien sich ohne zu brechen leicht formen lassen, da sie im wesentlichen oxydfrei sind·

Andere wichtige Eigenschaften des Kommutators sind Jedoch zusätzlich zu der elektrischen Leitfähigkeit Bearbeitbarkeit, Verschleissfestigkeit, Formbarkeit, Schweissbarkeit und Festigkeit·

Vor al Lern ist nach der Formung des Kommutators ein Bearbeitungsvorgang durchzuführen, um die Konzentrizität des Kommutators sicherzustellen* Hierbei wird die Dicke des Kommutators allgemein um etwa 10 bis 15 Ί° vermindert. Es ist daher wichtig, dass die Legierung gut einem spanabhebenden Bearbeitungsvorgang unterzogen werden kann.

Die Verschleissfestigkeit ist von gleicher Bedeutung, da die Motorbürsten auf der KommutatoroberfLache schleifen und daher eine Kommutatoroberflache erforderlich ist, die die Verschleissfestigkeit der Bürsten sicherstellt. Da es auch wichtig ist, dass die Kommutatorhaken während des Betriebs nicht brechen, muss das verwendete Material eine hohe Festigkeife besitzen·

Auch muss das zu verwendende Material eine gute Schweissbarktilfc aufweiten, da die Kominuta tor haken gebogen werden und dann nach dor Wicklung doa Ankers der Ankertlraht an ihnen befestigt uLrd.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kommutator zu schaffen, der hinsichtlich der Festigkeit, Schweissbarkeit, Verschleissfestigkeit, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit verbessert ist.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass die Platten ein zusammengesetztes Element bilden, dessen eine Komponente >

aus einer Kupferlegierung mit wenigstens 300 g/t (10 oz. ?·

per ton) Silber und als restlichen Bestandteil Kupfer besteht und mit der anderen Komponente verbunden ist, die aus einer Eisenlegierung besteht, wobei die Kupfer- *

legierungskomponente an der Aussenseite der Hülse liegte "M

Der Kommutator gemäss der Erfindung weist die Nachteile der bekannten Kommutatoren nicht auf und zeichnet sich durch einen einfachen und zweckmässigen Aufbau aus. Der Silbergehalt beträgt vorzugsweise 300 bis 750 g/t (10-25 ozo/ton, troy ounces avoirdupois per short ton)_o

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Fi euren 1 bis k dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt:

Fig· 1 eine perspektivische Darstellung eines Kommutators

vor dem Schweissvorgang, ^

Fig. 2 einen Kommutatorhaken nach Befestigung eines Ankerdrahtes t

Fig· 3 einen Kommutatorhaken nach dem Befestigen des Ankerdrahtes und dem Umbiegen des Hakens und

Fig· 4 einen in einen Anker eingebauten Kommutator nach Durchführung des Schweiasvorgangs an den Haken.

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-it-

Verbindung des zuvor erwähnten zusammengesetzten Elements erfolgt vorzugsweise, jedoch nicht notwendig, entsprechend den in den US-PS 3 318 36h und 3 381 365 beschriebenen Verfahren zur Herstellung zusammengesetzter Metallgegenstände. Zum Beispiel beschreibt die US-PS 3 381 365 ein Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten Eisenlegierungskernelements« Es ist schwierig, einen zusammengesetzten Gegenstand zu erzeugen, der einen Eisenlegierungskern bzw» einen Eisenlegierungsüberzug infolge der Bildung von haftenden, flockenartigen Oxyden bei massigen oder erhöhten Temperaturen, die zum Warmwalzen nötig sind, zu erzeugen. Diese Oxydschicht neigt oft dazu, während des Warmwalzens aufzubrechen, kann jedoch oft erhebliche Probleme hervorrufenο Das in der zuvor erwähnten US-PS 3 381 3^5 beschriebene Verfahren besteht darin, den Kern mit einer Dicke von weniger als 12,7 mm (ü_t'jü inch) auf eine Temporatür zwischen etwa 13O und 73O°C (3OO und 135O F) zu erhitzen, den Korn und den Überzug zusammen mit einer Geschwindigkeit von wenigstens ?.O,hH m/min (100 ft. pev minute) in einem Durchgang bei einem Heduzierungsbereieh von etwa 35 bis 75 f^; 'zu walzen, wobei der Kein und der Überzug zwischen den Walzen zum ersten Mal in Berührung kommen, und die Dicke des Überzugs weniger als 3,175 mm (0,125 inch) beträgt und die Walze früher als den Kern berührt. Der Winke1 zwischen dem Kern und dem Überzug beim Eintreten zwischen die Rollen muss grosser als 5 » vorzugsweise grosser als 10 sein. Ein Winkel von mehr als 10 stellt sicher, dass der Überzug und der Kern erst zwischen den Walzen in Berührung kommen.

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Nach dem Eintritt zwischen die Rollen bewegen sich der Überzug und die Rollen mit verschiedenen linearen Geschwindigkeiten, während sie sich bei Verlassen der Rollen infolge der Reduzierung der Dicke des zusammengesetzten Elements mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen« Der Unterschied der Bewegungsgeschwindigkeiten zwischen den Rollen und dem Überzug zusammen mit der vorherigen Berührung des Überzugs und der Rollen erzeugt eine Scherverformung und ein Abscheren zwischen den Rollen und an der Kern-Überzugzwischenschicht. Die

Scherverformung an dieser Zwischenschicht führt zu ^

einer Materialwirbelströmung, wodurch eine innige Ver- ^

bindung durch Erhöhung der linearen Zwischenschichtoberfläche des zusammengesetzten Elements um wenigstens 20 fo bewirkb wird. Die Zwischenschichtoberfläche zwischen dem Kern und dem Überzug zeichnet sich dadurch aus, dass keine interatomare Diffusion zwischen dem Kern- und dem Überzugiaaterial vorhanden isb,

Flg» 1 zeigt einen Kommutator 2 gemäss der Erfindung, der auf einer Hülse 4 befestigt ist, bevor er mit dem Ankerdraht 6 bewickelt wird» Die Haken B sind in aufrechter Stellung gezeigt und befinden sich im Abiband

voneinander, so dass den Ankei'draht während des Wicke ins .m

erfassen und halten, wie in Fig. 2 JHuOl^t iat« Nachdem der Draht um einen Haken β £>-e wickelt ist, wird diener umgebogen, um den Draht asu haiton, wie in Flg. Ϊ gezeigt tat.

Die relativ hohe i¹ »3 ti^kei, t dur
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die hohe Festigkeit sicherstellt, dass die Haken 3 nicht nachgeben, wenn der Anker 12 gewickelt wird, d.h. wenn der Ankerdraht 6 an den vorstehenden Haken eingehakt wird. Sollten die Haken 8 nachgeben, wäre es erforderlich, sie erneut zu biegen, es könnte jedoch auch später im Betrieb infolge einer schlechten Verbindung ein Ausfall auftreten, wenn die Haken an dem Ankerdraht 6 durch Widerstandsschweissen befestigt werden.

Ausserdem ist die Schweissbarkeit von besonderer Bedeutung, da die Haken 8 des Kommutators an dem Ankerdraht 6 nach dem zuvor erwähnten Wickeln und nach der Umbiegung über den Draht angeschweisst werden müssen, wie die Figuren 3 und k zeigen» Die Eisenkomponente 14, die wesentlich weniger wärmelextfähig ist als die Kupferkomponente 16, hindert die Hitze daran, von der leitfähigeren Kupferkomponente schnell abgeführt zu werden. Dadurch, dass eine grb'ssere Wärmemenge in dem Schweissbereich zurückgehalten wird, wird eine wirksamere und schnellere Schweiasung sichergestellt«

Gemäas der Erfindung kann jede Eisenlegierung verwendet werden, z,B, jede Legierung, die einen grösseren Anteil Eisen enthält» Typische Eisenlegierungen, die verwandet werden können, können die folgenden Bestandteile enthalten! Eisen hoher Reinheit, Legierungen der Eisenkohlensfcoff-, Eisenchroin-, Eisenmangun-, Eisennickel- und «ler ELueimickeLchrom-Gruppe usw,

Typisch« LagierungabeHfcandtolle können Kohlenstoff, Aluminium, Titan, Silicium, Phosphor, Schwefel, Chrohi, iiLokel, ZLrcon iitiü Zink enthalten.

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Die Silber enthaltende Kupferlegierung ist eine Legierung, die wenigstens etwa 3OO g/t (10 oz./ton) Silber und vorzugsweise etwa 300 bis 750 g/t (10 bis 25 oz./ton) Silber enthält. Es können auch kleine Mengen von Fremdstoff elementen in der Kupferlegierung enthalten sein, z,B_o maximal O, 2 $ Sauerstoff, maximal 0,03 $ Zink und 0,03 % sonstige Fremdsteffe.

Allgemein kann die Dicke des Gegenstandes nach der Verbindung zu einem zusammengesetzten Element, und nach der spanabhebenden Bearbeitung etwa 0,8 bis 1,6 nun (0_t030 bis O₁OuO inches) betragen, wobei die Dicke der Kupferlegierung etwa ^O bis 60 % der Dicke des gesamten Gegenstandes, vorzugsweise etwa 50 °p beträgt und/las restliche Material eine Eisenlegierung ist.

Der elektrische Kommutator gemäss der Erfindung zeichnet sich durch eine verbesserte Schweissfähigkeit und Festigkeit und durch eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit und Formbarkeit und durch hervorragende Abnutzungseigenschaf ten aus.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels weiter erläutert«

Beispiel

Eine Kupferlegierung mit etwa tyjJO' g/t (15 oz./ton) Silber wurde auf eine Seite eines S₀A₀E. 1010 KohlenstoffStahls aufgebracht, um ein zusammengesetztes, einstückiges Element zu bilden. Die Stahlkomponente und die Kupferlegi&- rungskomponente waren nach der Verbindung je etwa 0,89 mm

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(O|O35 inch) dick· Das zusammengesetzte Element wurde danach durch Kaltwalzen auf etwa ho $ reduziert und dann geglüht, um eine Rekristallisation in der Stahlkompcmente und der Kupferlegierungskomponente zu bewirken. Der Streifen'wurde dann zu einem hohlen Kommutatorkörper mit. einem Durchmesser von etwa 22 mm (7/8 inch) mit einer Kontaktoberfläche von etwa 8 mm (5/16 inch) geformt. Der Körper wurde dann mit einem Kunststoff gefüllt und dann geschleudert, um jedes überschüssige Kunststoffmaterial zu entfernen. Die Haken wurden dann mit einer Länge von etwa k,7 mm (3/16 inch), gemessen im flachen Zustand von der Basis aus, und einer Breite von etwa 1,6 mm (1/16 iftch) geformt. Nach der Formung der Haken wurde dex* Körper zur Bildung der Kommutatorlamellen mit je einer Breite von etwa 6,3 mm (l/k inch) genuten und dann in einen Motor eingebaut. Es wurde festgestellt, dass dieser Kommutator eine verbesserte Schweissbarkeit und Formbarkeit ebenso wie eine hohe Festigkeit während des Zusammenbauvorgangs zeigte.

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Claims

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Pate.ntansprüche

( 1·!Elektrischer Kommutator mit mehreren voneinander isolierten, zylindrisch um eine Hülse angeordneten Platten mit wenigstens einem an einer Plattenkante vorstehenden hakenartigen Vorsprung zur Befestigung eines Ankeredrahtes, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten ein zusammengesetztes Element bilden, dessen eine Komponente (i6) aus einer Kupferlegierung mit wenigstens 300 g/ton Silber und als restlichen Bestandteil Kupfer besteht und mit der anderen Komponente (14) verbunden ist, die aus einer Eisenlegierung besteht, wobei die Kupferlegierungskomponente an der Aussenseite der -Hülse liegt.

2· Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass »die Vorsprünge (8) auf die gegenüberliegende Plattenkante gerichtet sind und im wesentlichen parallel zu der Plattenoberfläche verlaufen.

3· Kommutator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich-3i*t, dass der Ankerdraht (6) durch Widerstands3chweissen an den Vorsprüngen (8) und den Platten befestigt ist.

4» Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, dass der Silbergehalt der Kupferlegierungakomponente (16) 300 bis 7.50 g/t beträgt.

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5. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten eine Dicke von O,8 bis 1,6 mm aufweisen, und dass die Dicke der Kupferlegierungskomponente (16) kO bis 60 % der Dicke einer Platte beträgt.

6. Kommutator nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Kupferlegierungskomponente (i6) etwa 50 $ der Dicke der Platte beträgt.

7· Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierung als Fremdstoff e maximal 0,2 # Sauerstoff, maximal 0,03 # Zink und weniger als O,O3 56 sonstige Fremdstoffe enthält·

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