DE2320063C2 - Verfahren zur Herstellung eines Bimetallprofils mit trapezförmigem Querschnitt für Kollektoren elektrischer Maschinen - Google Patents

Description

Das Verfahren zur Herstellung eines Bimetallprofils für Kollektoren elektrischer Maschinen beginnt damit, daß zunächst das Ausgangswerkstück gemäß Fig. 1 in bestimmter Weise hergestellt wird. Hierzu dient eine Kokille, deren Querschnitt die Form ehvir Figur hat, welche aus einem Rechteck und einem Halbkreis, dessen Durchmesser gleich der größeren Rechteckseite ist, besteht

Dann wird ein von Oxyden gereinigter und entfetteter Bolzen 2 mit rundem Querschnitt in die Kokille so eingelegt, daß er längs der Symmetrieachse der Kokille in Richtung des Halbkreises verschoben ist und daß ein mindestens 2 nun großer Spalt zwischen den Kokillenwänden und der Bolzenoberfläche verbleibt Danach wird der Bolzen mit geschmolzenem is Kupfer 1 oder einer Legierung auf Kupferbasis übergössen. Dies geschieht zur Vermeidung von Oxydationserscheinungen in einer nicht oxydierenden Atmosphäre, ζ. B. in einer Atmosphäre aus Kohlendioxydgas, das durch Verbrennen von Holzkohle erzeugt wird.

Die Kokille wird 5 bis 12 Minuten bei einer Temperatur gehalten, die etwas über der Schmelztemperatur des Kupfers oder der Legierung auf Kupferbasis liegt Dabei kommt es zur Bildung einer Diffusionsschicht durch Auflösen der Oberflächenschicht des Bolzens und Eindiffundieren des flüssigen Kupfers oder der Legierung auf Kupferbasis in diesen. Eine feste Haftung der Partner aneinander wird durch eine mindestens 15 um dicke Diffusionsschicht gewährleistet, welche sich im Laufe von ca. 5 Minuten bildet Bei einer 12 Minuten aberschreitenden Haltezeit würde das Kupfer oder die Legierung auf Kupferbasis durch das Bolzenmaterial verunreinigt und die elektrischen Eigenschaften der späteren Lamelle beeinträchtigt

Die geometrischen Abmessungen des Ausgangswerk

stücks genügen folgenden Bedingungen:
R<h<2R

Dabei bedeutet

R Radius des Kokillenhaibkreises,
r Radius des Bolzens,
h Höhe des Rechteckteils.

Das erhaltene Ausgangswerkstück wird im warmen und kalten Zustand derartig druckverformt, daß die Hauptdruckkraft senkrecht zur Symmetrieachse angreift Dadurch entsteht das Bimetallprofil trapezförmigen Querschnitts gemäß F i g. 2.

Der Bolzen hat sich zu einem Kern 2 verformt der einen tropfenförmigen Querschnitt aufweist dessen Verdickung zur Seite der größeren Grundfläche des Trapezes liegt oder nahezu elliptischen Querschnitt Der Kern ist in Richtung der kleineren Grundfläche versetzt

Aus dem Bimetallprofil werden die in Fig.3 ersichtlichen Kollektorlameilen ausgeschnitten, wobei der Kern 2 im Bereich des zur Befestigung dienenden Fußes der Lamelle liegt

Die oben erwähnten Verhältnisse der geometrischen Abmessungen des Kokillenquerschnitts, der auf der einen Seite durch einen Halbkreis begrenzt wird, und die in Richtung zu diesem versetzte Anordnung des Bolzens gewährleisten beim Verwenden der erwähnten Druckverformung eine maximale Versetzung des Kerns 2 im fertigen Bimetallprofil zu dem Abschnitt auf dem die Lamelle im Kollektor befestigt wird, und zwar ohne schroffe Umlenkungen beim Fließen der Werkstoffpartner während des Druckverformens und unter Gewährleistung günstiger Bedingungen zum festen Verbinden derselben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung eines Bimetallprofils mit trapezförmigem Querschnitt für Kollektoren elektrischer Maschinen mit einer Außenschicht aus einem Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise aus Kupfer oder einer Legierung auf Kupferbasis, die als geschlossene Ummantelung einen Kern aus einem festeren Metall, beispielsweise ι ο aus Stahl, umschließt, welcher im Querschnitt von länglicher Form ist, längs der Symmetrieachse des Trapezprofils in Richtung zur kleineren Grundfläche versetzt ist und dessen größere Dicke zur großen Grundfläche des Trapezprofils hin liegt, durch is Verformung eines Ausgangswerkstücks, in dem ein runder Bolzen aus dem festeren Metali allseitig von Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Kokille, deren Querschnitt die Form einer Figur hat, welche aus einem Rechteck und einem Halbkreis mit der größeren Rechteckseite entsprechendem Durchmesser besteht, der von Oxyden gereinigte und entfettete Bolzen so eingelegt wird, daß er längs der Symmetrieachse des Kokillenquerschnitts in Riehtung des Halbkreises versetzt ist und daß ein mindestens 2 mm großer Spalt zwischen den Kokillenwänden und dem Bolzen verbleibt, wonach geschmolzenes Kupfer ohne Anwesenheit eines oxydierenden Mediums in die Kokille eingegossen und 5 bis 12 Minuten bei einer Temperatur, welche etwas über der Temperatur des geschmolzenen Kupfers liegt, zum Bilden einer Diffusionsschicht gehalten wird, worauf der Block aus der Kokille herausgenommen und der Druckverformung im warmen und kalten Zustand unterzogen wird, bis das Bimetallprofil der vorgegebenen Querschnittsmaße erhalten wird.

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   Die Erfindung bezieht sich auf Kollektoren elektrischer Maschinen, die aus Bimetallprofilen mit trapezförmigem Querschnitt zusammengesetzt sind. Bei diesen Bitnetallprofil-Lamellen umschließt eine Außenschicht aus einem Metall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise aus Kupfer oder einer Legierung auf Kupferbasis, als geschlossene Ummantelung einen Kern aus einem festeren Metall, beispielsweise aus Stahl. Dieser ist im Querschnitt von länglicher Form und ist längs der Symmetrieachse des Trapezprofils in Richtung zur kleinen Grundfläche versetzt, d. h. er ist im Bereich des zur Befestigung dienenden Schwalbenschwanzfußes der Bimetallprofil-Lamelle eingebettet Auf diese Weise wird eine hohe Festigkeit gegenüber dem bei hohen Drehzahlen der elektrischen Maschine erheblichen Zentrifugalkräften angestrebt

   Aus der US-PS 24 36 910 ist ein Bimetallprofil dieser Art bekannt, das durch Walzen eines runden kupferbeschichteten Stahlbolzens bis zur Erzielung der gewünschten Querschnittsform hergestellt wird. Die Kupferschicht umgibt das Ausgangswerkstück mit über den gesamten Umfang konstanter Wandstärke. Beim Walzen soll eine solche Verformung stattfinden, daß der es Stahlkern eine Keilform mit ebenen Seitenflächen annimmt, die nur durch eine dünne Kupferschicht bedeckt bleiben. Die Verbindung zwischen der Kupferschicht und dem Stahlkern soll durch ein Bondieren, z. B. durch Schweißen hergestellt sein.

   Bei diesem bekannten Bimetallprofil ist keine Gewähr für eine ausreichend ieste Verbindung zwischen Stahlkern und Kupferüberzug gegeben, die auch des Beanspruchungen bei erhöhten Drehzahlen und eventuellen Vibrationen standhalten würde. Schon beim Ausgangswerkstück ist keine besonders innige Verbindung zwischen den Materiaiien vorhanden und diese kann durch die erheblichen Fließvorgänge bei der Umformung zusätzlich gelockert werden. Es bleibt deshalb die Gefahr des Abgleitens des Kupfers vom Stahlkern im Betrieb des Kollektors.

   Die Schäden, die durch Kollektorlamellen nicht ausreichender Festigkeit verursacht werden können, sind beträchtlich. Es können einzelne Lamellen unter der Wirkung der Riehkräfte radial nach außen etwas vortreten, so daß ihre Arbeitsflächen über die Umfangsfläche, über die die Bürsten auf den Kollektorlamellen gleiten, hervorstehen. Beim Umlaufen des Kollektors stoßen die hervorstehenden Lamellen auf die Bürsten und die Kontinuität der Gleitfläche wird unterbrochen. Dies hat Funkenbildung und Entstehung von Rundfeuer am Kollektor zur Folge, wodurch die elektrische Maschine betriebsunfähig wird.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Bimetallprofils für Kollektoren elektrischer Maschinen zu schaffen, welches eine erheblich gesteigerte mechanische Festigkeit der Bimetallprofile zu erzielen gestattet

   Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst

   Beim erfindungsgemäßen Vorgehen kommt es durch das mehrminütige Halten der Partner des Ausgangswerkstücks unter den angegebenen Bedingungen zur Ausbildung einer ausgeprägten Diffusionsschicht und somit zu einer innigen Verbindung zwischen beiden. Durch die besondere Querschnittsform des Ausgangswerkstücks werden beim Umformen übermäßige Fließvorgänge und plötzliche Richtungsänderungen des Materialflusses vermieden, die sonst zu Ablösungserscheinungen führen könnten.

   An sich ist aus der DE-OS 19 17 158 die Anwendung einer Verbundgießtechnik bei der Herstellung von Kommutatorlamellen bekannt Hier geht es jedoch nicht um die Schaffung von hochfesten Kollektorlamellen, sondern um das Problem det Abnutzung der Schleifkohlen, wobei der Grund hierfür darin gefunden wird, daß bei den üblichen Motoren, bei denen die Schleifkohlen auf Kupfer gleiten, das Kupfer die Oxydation des Kohlenstoffs oder des Graphits katalytisch beschleunigen kann. Zur Begrenzung dieser Wirkung wird deshalb ein Kollektor verwendet, auf dessen mit den Schleifkohlen zusammenwirkende Oberfläche eine dünne Zinkschicht aufgebracht und eindiffundiert wird, so daß der Oberflächenbereich aus Messing besteht Die hier vorgeschlagene technische Lehre hat mithin mit der vorliegenden Erfindung nichts zu tun.

   Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigegebenen Zeichnungen weiter erläutert Es zeigt

   F i g. 1 das Ausgangswerkstück für das trapezförmige Bimetallprofil im Querschnitt

   F i g. 2 den Querschnitt des fertigen Bimetallprofils,

   Fig.3 die Ansicht einer aus dem Bimetallprofil hergestellten Kollektorlamelle.