DE2147326A1 - Dynamoelektrische Maschine - Google Patents

Description

Anmelder: General Electric Company, New York, N.Y. 10016, USA

Dynamoelektrische Maschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine dynamoelektrische Maschine mit einem Ankeraufbau, der ein Kommutator-Grundbauteil für mittels Klebstoff verbundene, zylindrische Kommutatoren aufweist, die in dynamoelektrischen Maschinen verwendbar sind; insbesondere bezieht sich die Erfindung auf solche Grundbauteile, bei denen die Haftung und die Halterung von metallischen Kommutatorlamellen verbessert ist.

Ein Großteil der Gleichstrommotoren und Generatoren, insbesondere die für einen industriellen Gebrauch berechneten, weist als wichtiges Bauteil einen zylindrischen, drehbaren Kommutator mit einer Vielzahl an der Außenfläche in vorgegebenem Abstand zueinander angeordneter, metallischer Lamellen aufj über jede dieser Lamellen wird eine beachtliche Strommenge geleitel; und sie besitzen eine verhältnismäßig große Masse. Es werden verschiedene Einrichtungen verwendet, um diese in Abstand zu·« einander angeordneten, metallischen Lamellen auf dem Grundbau« teil der bekannten Kommutatoranordnungen zu befestigen· Ein Großteil dieser Anordnungen verwendet im allgemeinen lediglich

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eine mechanische Einpassung und Befestigung. Schwalbenschwänze und am Umfang verlaufende Bandagen sind zwei im allgemeinen bei derartigen Anordnungen verwendete Formen von mechanischen Halterungs- bzw. Befestigungseinrichtungen.

In jüngster Zeit sind Kommutatoranordnungen entwickelt worden, bei denen die metallischen Kommutatorlamellen auf der äußeren zylindrischen Fläche des Grundbauteils mittels Klebstoff aufgeklebt sind. Unter den meisten Umgebungsbedingungen behalten diese geklebten Kommutatoranordnungen ihre Eigenschaften unverändert bei. Es ist jedoch möglich, daß die frei daliegenden Lamellenenden an der Stirnseite des Kommutatoraufbaus, d.h. an dem Ende des Kommutators, der dem Ankerkern abgewandt ist, mechanischen Schlagen oder Stoßen ausgesetzt sind, durch die die Verbindung zwischen den metallischen Kommutatorlamellen und dem Grundbauteil überbeansprucht werden kann. Dies kann aber zu einer Beschädigung oder sogar Zerstörung des Kommutatoraufbaus führen, indem sich beispielsweise die Kommutatorlamellen von der Stirnseite bis zu der dem Ankerkern zugewandten Seite allmählich bzw. schrittweise abheben oder ablösen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Grundbauteil für einen geklebten Kommutatoraufbau zu schaffen, bei dem die Enden der Kommutatorlamellen auf der dem Ankerkern abgewandten Seite gegen mechanische Stöße oder Schläge gestützt sind. Weiterhin soll die Erfindung ein Grundbauteil schaffen, bei dem die Haftung der Kommutatorlamellen an dem Grundbauteil dadurch verbessert wird, daß eine Verlängerung an dem Grundbauteil und damit eine Haftung in Abscherrichtung geschaffen ist, damit ein Abheben der aufgebrachten Lamellen unterbunden ist.

G#mäß der Erfindung ist daher eine dynamoelektrische Maschine mit einem geklebten Kommutator-Grundbauteil geschaffen mit einem ersten Teil mit einer zylindrischen Außenfläche, mit einem zweiten Tail mit einem größeren Durohmesser an einer §©!·»

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te, das zu dem ersten Teil koaxial liegt, und mit einer ringförmigen Fläche, die die zylindrischen Außenflächen der beiden Teile miteinander verbindet. Um zusätzliche Bindungsflächen für die Kommutatorlamellen zu schaffen, stimmen die Enden dieser Lamellen an dem Teil des Grundbauteils mit dem größeren Durchmesser im allgemeinen mit der Umrißlinie der ringförmigen Fläche überein und werden mit dieser verbunden.

Das Teil des verbundenen Kommutator-Grundbauteils gemäß der Erfindung mit dem größeren Durchmesser bildet einen Vorsprung oder eine flanschähnliche Lippe, die die anliegendenen Enden der Kommutator-Lamellen vor mechanischen Schlagen und Stoßen schützt und die weiterhin eine zusätzliche Verbindungsfläche für die Kommutatorlamellen an der ringförmigen Fläche schafft, die die beiden Teile des Grundbauteils miteinander verbindet. Der Klebstoff auf dieser ringförmigen Verbindungsfläche wirkt in Abscherrichtung und verhindert dadurch ein Abheben der Lamellen. Die ringförmige Fläche liegt vorzugsweise in einer im allgemeinen zu der gemeinsamen Achse der Außenflächen der beiden Teile des Grundbauteils senkrechten Fläche.

Vorzugsweise ist das Grundbauteil gemäß der Erfindung aus Stahl hergestellt und weist einen Außenüberzug aus einem Material hoher Zugfestigkeit und hoher dielektrischer Widerstandsfähigkeit auf, wie beispfelsweise plasmagespritztes Aluminium oder andere fest angeklebte Isoliermaterialien.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Ankers für eine industriell verwendbare, dynamoelektrische Maschine mit einem geklebten Kommutatoraufbau, bei dem das Grundbauteil der Erfindung verwendet ist} und

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Pig. 2 eine Schnittansicht des in Figur 1 dargestellten Kommutatoraufbaus .

In Figur 1 ist ein Ankeraufbau 10 für eine industriell verwendbare, dynamoelektrische Maschine mit spezifischen, in einem Ankerkern 13 befestigten Ankerwicklungen 12, einer Ankerwelle Ik und einem Kommutatoraufbau dargestellt. Der Kommutatoraufbau weist ein zylindrisches Grundbauteil 16 gemäß der Erfindung auf sowie auf diesem Bauteil angebrachte Kommutatorlamellen 18. Jede Lamelle 18 steht mit einer Ankerwicklung 12 über Leitungsdrähte 12a und die Lamellenenden 18a in elektrischer Verbindung.

Der in Figur 1 dargestellte Kommutatoraufbau ist in Figur 2 im Schnitt dargestellt, bei dem die spezifischen Kommutatorlamellen 18 mittels einer Klebstoffschicht 19» in der Abstandselemente 19a enthalten sind, auf dem Grundbauteil 16 befestigt sind.

Die Kommutatorlamellen 18 bestehen im allgemeinen aus leitendem Material. Aufgrund seiner Leitfähigkeit und seiner Hafteigenschaften wird vorzugsweise Kupfer oder zinkbeschichtetes Kupfer verwendet. Genauso gut können aber auch Aluminium oder andere für den Kommutator geeignete, leitende Materialien verwendet werden. Die Klebstoffschicht 19 kann aus verschiedenen, hoch beanspruchbaren chemischen Klebemittel, wie beispielsweise Epoxy- und Polyimid-Harze, bestehen. Die Abstandeelemente 19a können ein poröser Streifen oder Bindfäden, oder Füllkugeln aus einem geeigneten dielektrischen Material, wie beispiels* weise Glas, sein; mittels dieser Abstandselemente 19a wird ein bestimmter Minimalabstand zwischen dem Grundbauteil 16 und den Kommutatorlamellen 18 eingehalten; gleichzeitig ist durch diese Abstandselemente verhindert, daß in der Zwischenschicht bzw. der Grenzfläche zwischen Grundbauteil und den Kommutatorlamellen kein oder zu wenig Klebstoff vorhanden ist, wenn das Grundbauteil und die Kommutatorlamellen während des Montage-Klebevorgangs zusammengepreßt werden.

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Das Grundbauteil 16 gemäß der Erfindung weist eine Bohrung 20 zur Aufnahme der Welle, ein erstes Teil 22 mit einer zylindrischen Außenfläche 22a, die in Längsrichtung abgesehen von den Lamellenenden 18a etwa der Länge der Kommutatorlamellen 18 entspricht, und ein zweites, in radialer und axialer Richtung verlaufendes Teil 24 auf, das koaxial zu der Außenfläche 22a des ersten Teils 22 angeordnet ist und einen größeren Außendurohmesser als die Außenfläche 22a besibt. Das Grundbauteil 16 wird oft als Kommutatornabe bezeichnet. Eine ringförmige Fläche 24a, die die Außenfläche 22a des ersten Teils 22 mit der Außenfläche des zweiten Teils 24 des Grundbauteils 16 verbindet, und die Form der Stirnseiten der Kommutatorlamellen 18 stimmen überein und schaffen hierdurch eine zusätzliche Klebe- bzw. Verbindungsfläohe für das zwischen sie eingebrachte Klebemittel 19. Das Teil 24 mit dem größeren Durchmesser schafft weiterhin einen mechanischen Schutz für die Stirnflächen, d.h. die von dem Ankerkern 12 (Figur 1) entfernt liegenden Enden der Kommutatorlamellen 18« Hierdurch sind mechanische Schläge auf die Stirnseiten und damit eine sich hieraus ergebende Beschädigung an den Kommutatorlamellen sowie eine Beeinträchtigung des mittels eines Klebstoffes verbundenen Kommutatoraufbaus unterbunden.

Die ringförmige Fläche 24a liegt, wie in Figur 2 dargestellt, In einer senkrecht zu der Achse des Grundbauteils 16 verlaufenden Ebene. Das erste Teil des Grundbauteils 16, die sogenannte Kommutatornabe» stellt das den Aufbau tragende Element für die Kommutatorlamellen 18 dar; das erste Teil ist in radialer Richtung nach außen verlängert, wodurch der Abschnitt 24 an der Stirnseite der Kommutatorlamelle 18 ausgebildet ist. Hierdurch ist an der Stirnseite der Kommutatorlamelle 18 an dem radial verlaufenden Teil 24 des Grundbauteils 16 eine zusätzliche Fläche für eine Klebemittelverbindung geschaffen. Diese Verbindung kann beispielsweise an einerStelle 30 an der Kommutatorlamelle ausgebildet sein, wie in Figur 2 dargestellt ist.

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An der in axialer Richtung verlaufenden Oberfläche der Kommutatorlamelle 18 greift während einer Drehung des Kommutators die Zentrifugalkraft an, die als Zugbeanspruchung auf die Klebemittelverbindung wirkt, mittels der die Kommutatorlamellen 18 an dem Grundbauteil 16 befestigt sind. Diese Zugbeanspruchung ist an der Stelle 32 mittels eines Pfeiles angedeutet. Im Unterschied hierzu wird die Klebeverbindung zwischen der Stirnseite der Kommutatorlamelle 18 am Teil 24- des Grundbauteils 16 in Abscherrichtung beansprucht, wie durch Pfeile an der Stelle 30 angedeutet ist.

Aufgrund dieser Ausbildung des Grundbauteils 16 ist die Klebeverbindung auf Abscherung beansprucht; in dieser Richtung weisen die meisten Klebemittel eine bevorzugte und stärkere bzw. haltbarere Zugfestigkeit auf. Gemäß der Erfindung ist diese zusätzliche Verbindung, wie beispielsweise an der Stelle 30, mit der Dehnungsverbindung kombiniert, die in axialer Richtung beispielsweise an der Stelle 32 des ersten Teils 22 des Grundbauteils 16 geschaffen ist. Diese Verbindungskombination ergibt einen Kommutatoraufbau mit einer größeren Widerstandsfähigkeit gegenüber der an den Kommutatorlamellen 18 angreifenden Zentrifugalkraft.

Zusätzlich schützt das in radialer Richtung verlaufende Teil Zk die Enden der Kommutatorlamellen 18 vor zufälligen Schlägen, durch die die Verbindung zwischen der Komautatorlamelle 18 und dem Grundbauteil 16 ungünstig beeinflußt werden kann. Als Materialien für das Grundbauteil 16 gemäß der Erfindung können metallische und nicht-metallische sowie Verbindungsvins derartigen Materialien verwendet werden; die Materialwahl hängt von den Kosten, den thermischen und mechanischen Beanspruchungen sowie den Umgebungsbedingungen bei der endgültigen Verwendung ab. Die aus elektrisch leitenden Materialien hergestellten Grundbauteile müssen selbstverständlich von den Kommutatorlamellen elektrisoh isoliert sein.

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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Grundbauteil aus Stahl, der von den Kommutatorlamellen durch einen Außenüberzug aus keramischem oder verstärkten organischen Isoliermaterial isoliert ist. Ein derartiger überzug kann aus plasmagespritztem Aluminium, das über die Außenfläche des aus Stahl hergestellten Grundbauteils aufgebracht ist, nachdem dieses beispielsweise durch eine Bestrahlung mit Sand aufbereitet worden ist, sein.

Unter den verschiedenen nicht-metallischen Materialien sind beispielsweise ein keramisches Material oder eine verstärkte, aushärtende Kunststoffverbindung für das Grundbauteil durchaus geeignet. Die verstärkten Kunststoffe können beispielsweise Phenolasbest-, Polyimid-Glas- oder Epoxy-Glas-Verbindungen aufweisen. Metallische Materialien, die als Ausgangsmaterial für das Grundbauteil 16 verwendet werden können, sind beispielsweise Aluminium, Gußeisen, Stahl, Messing, Bronze oder Legierungen aus diesen Materialien·

Die Grundbauteile können in verschiedener Weise für den Zusammenbau in dem geklebten Kommutatoraufbau vorbereitet werden. Wenn beispielsweise ein anorganisches oder ein verstärktes organisches Material verwendet wird, wird ein Rohr mit einem Innendurchmesser, der etwas kleiner ist als der WellendurOhmesser, und mit einem Außendurohmesser gewählt, der etwas größer ist als der berechnete Durohmesser der Verbindungefläche; das Bohr wird dann auf die gewünschte Länge geschnitten. An der Außenfläche des Rohrs werden dann die zwei vorerwähnten Teile ausgebildet, die nacheinander durch Sandbestrahlung oder durch Abschleifen aufgerauht werden. Hierauf werden dann die Kommutatorlamellen aufgeklebt. Andererseits kann das organische Material, das verstärkt oder nicht verstärkt sein kann, in den gewünschten Abmessungen und der vorgesehenen Außenfläche gegossen werden, auf der dann die Kommutatorlamellen aufgeklebt werden, nachdem die Fläche vorher aufgerauht worden ist.

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Metallische Grundbauteile können beispielsweise durch Pressen, Gießen, Strangpressen, Drehen, Schneiden, Schleifen oder durch Kombinationen aus diesen Bearbeitungsvorgängen aufbereitet werden. Die Außenfläche eines derartigen metallischen Grundbauteils, auf dem die Kommutatorlamellen aufgeklebt werden sollen, muß mit Sand beblasen oder auf andere Weise aufgerauht werden, bevor sie weiter verarbeitet und bearbeitet wird. Weiterhin muß das für die Grundbauteile verwendete Material eine bestimmte thermische Widerstandsfähigkeit innerhalb der voraussichtlich zu erwartenden Temperaturbereiche besitzen; diese Widerstandsfähigkeit ist eine Voraussetzung dafür, daß die Eigenschaften der auf diese Weise hergestellten Kommutatoranordnungen unversehrt erhalten bleiben.

Die Erfindung ist auch nicht auf die speziellen Einzelheiten der bevorzugten, dargestellten Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann, wenn es gewünscht wird, vorteilhafterweise eine Verbindung angewendet werden, bei der sich die Außenfläche des zweiten Teils 7Ä des Grundbauteils 16 und der Umfang des Kommutators, der von den Kommutatorlamellen 18 gebildet ist, überlappen, wobei lediglich die Länge der Kommutatorlamellen minimal verkürzt wird.

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   Γ1.J Dynamoelektrische Maschine mit einem Ankeraufbau, der ein. Kommutator-Grundbauteil mit einer Bohrung zur Aufnahme einer Welle aufweist, gekennzeichnet durch ein erstes Teil (22) mit einer zylindrischen Außenfläche und mit einem zweiten, an einer Seite mit dem ersten Teil koaxiales Teil (24), das eine ringförmige Fläche (24a) aufweist, die die äußeren Umfangsflächen der beiden Teile (22, 24) miteinander verbindet.
2. 2. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die ringförmige Fläche (24a) im allgemeinen in einer zu der gemeinsamen Achse der äußeren Umfangsflachen der beiden Teile (22, 24) senkrechten Ebene liegt.
3. 3. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dai das Grundbauteil (16) aus Stahl einen Außenüberzug aus ein·« feit angeklebten Material hoher Dehnfestigkeit und hoher dielektrischer Widerstandsfähigkeit aufweist.
4. 4. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet , daß der Außenüberzug plasmagespritztes Aluminium ist.

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