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Kollektor für Gleich- und Wechselstrommaschinen, insbesondere Motoren,
und Verfahren zur Herstellung desselben.
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Die bekannten Kollektoren für Gleich- und Wechselstrommaschinen weisen
jeweils eine Nabe, auf dieser stehende Lamellen und zwischen letzteren Isolationseinlagen
auf.
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Die konventionellen Isolationseinlagen sind Plättchen aus Glimmer
oder Glimmerschuppen. Die Glimmerplättchen werden jeweils bei der Herstellung des
Kollektors zwischen die Lamellen eingelegt, was sehr aufwendig ist. Die bei Kollektoren
erforderlichen Toleranzen der Lamellen betragen 1/100 mm, was präzis gezogene Profile
erfordert, damit die Zwischenräume der Lamellen genau parallel verlaufen, um die
Halterung der Zwischenisolationfr ri zu gewährleisten und elektrische Durchschläge
zu verhindern.
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Der Zusammenhalt der Lamellen mit der Nabe resp. dem
Ring
erfolgt ; der Regel durch Schrauben- oder durch Formschlussverbindung. Die Lamellen
besitzen an den unteren Längsseiten Schwalbenschwänze, welche in Konen oder Ringe
isoliert eingreifen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein Kollektor für Gleich-
und Wechselstrommaschinen, insbesondere Motoren, und ein Verfahren zur Herstellung
desselben.
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Das Kennzeichen des Kollektors besteht darin, dass die Lamellen mit
der Nabe einen Käfig formieren, dessen Zwischenräume durch ein Schleuder-Polymerisat,
welches Glasstoffe enthält, dicht ausgefüllt sind und ein festes Ganzes bilden.
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Die Herstellung ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass
man den Käfig in hohe Rotation versetzt, in fliessbarem Zustand ein Giessharz, welches
Glasstoffe enthält, in die Zwischenräume des ersteren einbringt, unter Fortsetzung
der Rotation eine Vorpolymerisation eintreten lässt und anschliessend unter Wärmeeinfluss
im Polymerisat eine Aushärtung vornimmt.
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Der Kollektor besitzt eine überdurchschnittlich hohe Festigkeit und
die innere Wärmeleitfähigkeit ist wesentlich besser. Ausserdem können jetzt Lamellenprofile
verwendet werden, bei denen ein absolut paralleler Verlauf der Zwischenräume zwischen
den Lamellen nicht mehr absolut notwendig ist.
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Dank der besonderen Herstellungsart sind bedeutend weniger Arbeitsgänge
notwendig. Die Technologie ist wesentlich einfacher als bisher, so dass beachtliche
Kostenersparnisse erzielt werden können.
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Das erfindungsgemässe Herstellungsverfahren erlaubt, einen Kollektor
mit hart eingelöteten Lötfahnen herzustellen. Die einzelnen Lamellen werden zweckmässig
vor
dem Zusammenbau zum eintlichen Kollektor geschlitzt.
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In diese Schlitze werden die Fahnen hart eingelötet.
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Erst dann wird der Kollektor mit den so vorbereiteten Lamellen zusammengestellt
und mit æugrführtem Giessharz geschleudert. Die Vorteile sind : wesentlich grössere
Stabilität, keine Gefahr des Auslötens der Fahne aus der Lamelle während dem Lötvorgang
zwischen Ankerwicklung und Lötfahne, keine Kurzschlussbildung zwischen den Lamellen,
weil Zinn aus der Lötfahnenlötung ausgeflossen ist.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform nebst Detailvariante
des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 einen Aufriss des
Kollektors, Fig. 2 einen Seitenriss hierzu mit Teilschnitt gemäss Linie II-II in
Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht einer Kollektorlamelle, Fig, 4 einen Querschnitt gemäss
Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 eine Draufsicht zu Fig. 3, Fig. 6 eine Ansicht einer
Variante der Kollektorlamelle, Fig. 7 einen Querschnitt nach Linie VII-VII in Fig.
6, Fig. 8 eine Draufsicht zu Fig. 6, Fig. 9 eine weitere Variante der Kollektorlamelle,
und Fig. 10 ein Erläuterungsbeispiel zum Herstellungsverfahren des Kollektors.
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Der dargestellte Kollektor besitzt in der Mitte eine konventionelle,
hohlzylindrische Nabe 1, welche von
einem Kranz von Kupferlamellen
2' umgeben ist. zwischen der Nabe 1 und dem einen käfig formierflden Lamellenkranz
2 einerseits und dnn einzelnen Lamellen 2' unter sich andererseits bestehen Zwischenräume
a und b, welche mit einem Glasstoffe, wie Glasperlen, enthaltenden Schleuderpolymerisat
resp. einz Giessharz 3 ausgefüllt sind. Der Luftspalt b zwischen den einzelnen Lamellen
2' ist so gros.e, dass kein elektrischer Durchschlag entstehen kann: doch ist es
unwesentlich, ob der Zwischenraum zwischen zwei Lamellen 2' genau parallel oder
nach aussen oder innen konisch verläuft. Im Gegensatz zu den bekannten Kollektoren
ist hier keine Schwalbenschwanzhalterung notwendig, da sein Aufbau selbsttragend
ist.
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Für den präzisen Zusammenbau des Kollektors werden zweckmässig die
Kupferlamellen 2 an beiden stirnseitigen Enden ihrer einen Flachseite mit zwei an
den Enden ihrer Längskante sitzenden warzenartigen Distanzstücken 4 (Fig, 3, 4 und
5) versehen. Anstelle von Distanzstücken können auch Distanzstege 5 (Fig. 6 bis
8) an den stirnseitigen Endkanten ihrer einen Flachseite vorgesehen sein.
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Die Distanzstücke 4, 5 werden jeweils nach der Herstellung des Kollektors
durch mechanische Bearbeitung der Seitenflächen mittels spanabhebenden Werkzeugen
oder dergleichen wieder entfernt resp. weggedreht.
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Das Zusammenstellen der mit Uistanzstücken a, 5 versehenen Kupferlamellen
2' kann in einem geeigneten Dreh-oder Formteller 6 (Fig. 9) oder Formgehäuse stattfirlden
Eine zentrale Erhöhung 7 dient der Zentrierung der Nabe 1, während die hoirlzylindrische
Seitenwand 8 des Formtellers 6 eine Aneinanderreihung der Lamellen 2' in einem zur
Nabe 1 konzept, hen Kranz 2 (Fig. 1) erlaubt, Durch die Distanzstücke 4 resp. 5
wird die exakte Bildung des Luftspaltes 9 (Fig. 2) zwischen den Lamellen 2' sichergestellt.
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Die Luftspalte 9 und der ringförmige Hohlraum a zwischen dem Lamellenkranz
2 einerseits und der Nabe 1 andererseits dienen der Aufnahme des Giessharzes 3.
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Die Distanzstücke 4, 5 können ebenfalls durch Prägungen, Pressungen
oder Herausstanzen gebildet sein und jede geeignete Form aufweisen. Die Distanzstücke
lassen sich ebenfalls an den Lamellen durch Haftmittel anbringen und können aus
elektrisch leitendem oder nichtleitendem Material, wie Isolierstoff, bestehen. Jedenfalls
müssen sich die Distanzstücke an den Stirnseiten der Lamellen befinden, um sie nach
dem Aushärten der Giessmasse, bei Ausführungen der Distanzstücke nach Fig. 3 und
4, leicht entfernen zu können Bei der Lamellen-Variante nach Fig. 9 sind drei warzen-oder
knopf artige Isolationskörper 4' auf der Breitseite der Lamellen an drei Stellen
angeordnet und zweckmässig vor der Montage der Lamellen angeklebt. Die Isolationskörper
bestehen mit Vorteil aus Kunststeinchen. Sind die Lamellen mit Isolationskörpern
4' nach Fig. 9 versehen, so ist das Wegdrehen resp0 Entfernen im Gegensatz zu den
Ausführungen nach Fig. 3 bis 8 überflüssig, was eine Arbeitsoperation erübrigt und
kostenmässig vorteilhaft ist.
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Gemäss einem besonders vorteilhaften Herstellungsverfahren des Kollektors,
werden nach der Aufreihung der Lamellen 2t in der Form eines konzentrischen Kranzes
2 um die Nabe 1 eine Giessmasse aus ca. 75 Gewichtsteilen flüssigem Epoxydharz,
ca. 25 Gewichtsteilen flüssigem Härter und ca 250 bis 300 Gewichtsteilen Glasperlen
in der Grössenordnung zwischen 10 und 200 H bereitet, wobei die drei Komponenten
gesondert auf SOOC erwärmt werden Bei dieser Temperatur werden die drei Komponenten
miteinander vermischt und in den Lamellenkäfig
eingegossen, wobei
die Viskosität der Giessmasse im Moment des Giessens ca. 200 Engler entsprechen
soll.
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Beim Eingiessen der fliessbaren Giessmasse soll der Käfig ° ebenfalls
auf ca. 100 C vorgewärmt sein. Während oder sofort nach dem Eingiessen der fliessbaren
Giessmasse von oben in Richtung der Pfeile A wird der die Nabe 1 und den Lamellenkäfig
2 tragende Drehteller 6 (Fig. 9) mit ca.
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1000 U/min in Drehung versetzt. Dadurch wird die Giessmasse 3 durch
die Zentrifugalkraft in Richtung der Pfeile B auswärts geschleudert und füllt alle
bestehenden Hohl-° räume innig aus. Dank der Vorwärmung des Käfigs auf 100 C ist
ein unkontrolliertes Erstarren der Giessmasse nicht möglich. Nach der Auffüllung
des Käfigs mit der Giessmasse dreht sich der Teller 6 mit dem Werkstück zur Herbeiführung
einer Vorpolymerisation noch ca. 15 bis 20 Minuten, bis die erste chemische Reaktion
zwischen Harz und Härter abgeklungen ist. In diesem Zustand ist die Giessmasse geliert,
so dass kein innerer Fliessvorgang mehr stattfinden kann. Darauf wird das Werkstück
in einem Einbrennofen vier Stunden bei 800C und dann zwei Stunden bei 1200C ausgehärtet.
Nach der Aushärtung wird am entstandenen Rohling auf beiden Stirnseiten eine die
Distanzstücke 4, 5 erfassende Schicht weggedreht und entfernt, so dass die Lamellen
nur noch duich das isolierende Schleuder-Polymerisat resp. Giessharz voneinander
getrennt sind.
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Nach dem Erhärten der Giessmasse (Vollpolymerisation) werden die Seitenflächen
des hergestellten Kollektors zur Entfernung der Distanzstücke 4, 5 durch ein Werkzeug,
wie vorerwähnt, bearbeitet.
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Bei schweren Kollektoren ist damit zu rechnen, dass die Fliehkraft
der einzelnen Lamellen bei extrem hohen Tourenzahlen zu nahe an die Belastungsgrenze
steigen kann.
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Um diese Kräfte aufzufanaen, wird nicht, wie beim konventionellen
Kollektor ein Schwalbenschwanzprofil verwendet; vielmehr werden die Lamellen ein-
oder mehrfach mit Durchbrechungen, z.B. runden Löchern, versehen, welche sich beim
Schleudervorgang mit Giessmasse füllen, so dass im Innern des Kollektors ein oder
mehrere, die Lamellen quer durchsetzende Tragringe entstehen. Die Giessmasse 3 umschliesst
auch form- und kraftschlüssig die Nabe 1.
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Als Giessharz ist irgend ein Kunstharz oder Stoffgemisch geeignet,
das nach dem Eingiessen in den Käfig ohne Druckeinwirkung mit diesem ein sehr widerstandsfähiges,
wärmeformbeständiges und elektrisch isolierendes festes Ganzes bildet. Als Giessstdff
hat sich Epoxydharz als besonders vorteilhaft erwiesen, geeignet können aber auch
ungesättigte Polyester etc. sein, da der Schwund der Giessmasse beim Härten unbedeutend
ist und die gebildete Isolation zwischen den Lamellen spannungsfrei bleibt und nicht
zerreisst. Das Epoxydharz haftet vorzüglich an den Lamellen und der Nabe, und die
geschaffene Isolation zeichnet sich neben der Härte durch Schlagzähigkeit sowie
Abriebfestigkeit aus. Der beschriebene Kollektor mit seiner charakteristischen abdichtenden
und klebenden Isolation zwischen den Lamellen und den allfällig vorhandenen Hrlräumen
im Bereich der Nabe ist gegen Wasser, Säuren, Luftfeuchtigkeit etc. widerstandsfähig
und verliert die elektrische Hoellwertigkeit auch auf die Dauer nicht.
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Beim beschriebnen Kollektor sind an den Lamellen keine Ansätze wie
Sclwalbenschwänze vorhanden, sie sind daher kürzer und die entstehende Wärme bleibt
nur an den oberen Rändern, wo diese besser zur Ableitung kommt. Die Wärmeleitfähigkeit
des Kollektors mit den zuyehörigen Lamellen ist demzufolge gegenüber konventionellen
Ausführungen wesentlich effektiver