DE2533295A1

DE2533295A1 - Universal motor collector with insulated strips - has ring-shaped reinforcing elements inserted firmly into bottom recesses in strips

Info

Publication number: DE2533295A1
Application number: DE19752533295
Authority: DE
Inventors: Richard Feuchter; Eberhard Ing Grad Frey; Guenther Mailaender
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-07-25
Filing date: 1975-07-25
Publication date: 1977-01-27

Abstract

The strips of the universal direct current motor collector are mutually insulated by intermediate layers. In their bottom regions are recesses for retaining ring-shaped reinforcements. This region has a hub cast in an insulating substance, in which the reinforcing elements are embedded. The reinforcing elements (6, 7) are positively inserted into the recesses (5) in the collector strips (3), against which they are insulated. Preferably the reinforcing elements are formed by steel rings with sintered insulation. Alternately they may be formed of plastics with glass fibre strengthening.

Description

Kollektor für Universaliotoren Die Erfindung bezieht sich auf einen Kollektor für Gleichstrommaschinen, insbesondere für Universalmotoren, dessen Lamellen beispielsweise mittels Zwischenlagen aus Gliner elektrisch gegeneinander isoliert sind und in ihrem Fußbereich Ausnehmungen zur Aufnahme ringförmiger Armierungen besitzen und in diesel Bereich in eine eine Nabe umschließende Isoliermasse, z.B. in Form einer Phenolharzpreßmasse, eingebettet sind. Die speist als Stahlringe ausgebildeten, in die Ausnehmungen der Xollektorlaiellen eingesetzten Armierungen sind dabei teils durch Glimmerisolation und zum Teil durch Preßmasse von den entsprechenden Konturen der Ausnehmungen der Kollektorlaiellen distanziert bzw. abgestützt. Die Glimmerisolation liegt dabei jeweils im radial gesehen außenliegenden Bereich sowie im Bereich der axial innenliegenden Stirnseiten der Arsierungsringe an diesen an, während die übrigen Konturen der Armierungsringe von Preßmasse umgeben sind. Collector for universal motors The invention relates to a Collector for direct current machines, in particular for universal motors, its lamellas for example, electrically insulated from one another by means of intermediate layers made of gliner are and in their foot area recesses for receiving ring-shaped reinforcements and in this area in an insulating compound surrounding a hub, e.g. in the form of a phenolic resin molding compound, are embedded. The feeds designed as steel rings, Reinforcements used in the recesses of the collector's shelves are partly by mica insulation and partly by molding compound from the corresponding contours the recesses of the collector lay distant or supported. The mica insulation is in each case in the radially outer area and in the area of axially inner end faces of the Arsierungsringe to this one, while the remaining contours of the reinforcement rings are surrounded by molding compound.

Bei mit Kollektoren der vorbeschriebenen Bauart ausgestatteten Universalmotoren, wie sie beispielsweise zum Antrieb von Elektrowerkzeugen verwendet werden, hat es sich gezeigt, daß sich bei hohen und höchsten Drehzahlen infolge der dabei auftretenden entsprechend hohen Fliehkräfte und auch Temperaturen einzelne Kollektorlaiellen lockern bzw. etwas aus ihrer Verankerung lösen können, was zumindest zu verstärktem Bärstenfeuer führt, das im Vergleich nit zusätzlich auftretenden Rundlauffehlern noch ausgeprägter wird und schließlich den vorzeitigen ausfall des Kollektors und damit des Motors zur Folge hat.For universal motors equipped with collectors of the type described above, as they are used, for example, to drive power tools, it has has been shown that at high and highest speeds as a result of the occurring correspondingly high centrifugal forces and temperatures of individual collector sheds loosen or loosen something from their anchoring, which at least intensifies Bärstenfeuer leads, in comparison with additional concentricity errors becomes even more pronounced and finally the premature failure of the collector and thus of the engine.

Eine weitere, sich nachteilig auf die Lebensdauer von Universalmaschinen relativ hoher Drehzahlen auswirkende Einfliißgröße ist die heute vielfach übliche Herstellung der Verbindungen Wicklung -Kollektor durch Schweißung bzw. Warmverpressung.Another, detrimental to the life of universal machines The influencing factor affecting relatively high speeds is the one that is common today Manufacture of the winding-collector connections by welding or hot pressing.

So werden die Kollektorlamellen beim Schweißvorgang auf verhältnismäßig hohe Temperaturen erhitzt (mehrere 10000), was zur Folge haben kann, daß die die Kollektorlamellen abstützende Isoliermasse aufgrund der hohen thermischen sowie wegen der erforderlichen Elektrodendrücke auch mechanischen Beanspruchungen im Bereich der Berührungsstellen mit den Kollektorlamellen bleibend verformt bzw. beschädigt wird.In this way, the collector lamellae are relatively open during the welding process heated to high temperatures (several 10,000), which can have the consequence that the Collector lamellas supporting insulating material due to the high thermal as well Due to the required electrode pressures, there is also mechanical stress in the area the points of contact with the collector lamellas are permanently deformed or damaged will.

Daher sind die betreffenden Kollektorlanellen nicht mehr zuverlässig abgestützt, zumal auch die ebenfalls als Abstitzelemente wirksamen Glimmerisolationen mechanisch nur eine begrenzte Festigkeit aufweisen, und sitzen deshalb verhältnismäßig locker im Verband. Dieser Umstand kann ebenfalls die Ursache für die eingangs erwähnte Verstärkung des Büstenfeuers sein oder sich diesbezüglich zumindest unterstützend auswirken.Therefore, the relevant collector lanelles are no longer reliable supported, especially as the mica insulation, which is also effective as a support element mechanically have only a limited strength, and therefore sit relatively loosely in the bandage. This circumstance can also be the cause for the aforementioned Be reinforcement of the bust or at least support yourself in this regard impact.

Schließlich karin eine Reihe weiterer Einflußgrößen win Preßdruck, Backzeit, Materialeinsatz und Verdichtung, da sich diesbezüglich Schwankungen praktisch nicht vernelden lassen, die mechanische Festigkeit der Kollektoren ebenfalls nachteilig beeinflussen, so daß deren Lebensdauern einschließlich der Standzeit der Bürsten insbesondere im Drehzahlgrenzbereich auch hierdurch verringert wird.Finally, a number of other influencing factors win press pressure, Baking time, use of materials and compaction, since fluctuations in this regard are practical not let go, the mechanical strength of the collectors is also disadvantageous affect so that their lifespan including the service life of the brushes is also reduced as a result, especially in the speed limit range.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mechanische wie auch die thermische Stabilität von Kollektoren und damit die Qualität von Kollektormaschinen zu verbessern sowie die Voraussetzung für die Wahl höherer Drehzahlen und damit höherer Leistungsgewichte solcher Maschinen zu schaffen.The present invention is based on the object of the mechanical as well as the thermal stability of collectors and thus the quality of collector machines to improve as well as the prerequisite for the choice of higher speeds and thus to create higher power weights of such machines.

Des weiteren soll der Produktionsausschuß bei der Kollektorherstellung auf ein Mindestmaß reduziert und eine erhöhte Stabilität der Kollektoren gegen die Beanspruchungen beim Herstellen der Schweißverbindungen Wicklung-Lamellen erzielt werden.Furthermore, the production committee should be involved in the manufacture of collectors reduced to a minimum and increased stability of the collectors against the Stresses achieved during the production of the welded connections winding-lamellae will.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die ringförmigen Armierungen form- und kraftschlüssig in die fußseitigen Ausnehmungen der Kollektorlamellen eingesetzt und gegen diese isoliert sind. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Armierungen als wirbelsinterisolierte Stahlringe auszubilden oder alternativ Kunatstoffringe z.B. in Form von Glasfaserwickeln, harzisolierten oder umpreßten Ringen aus stark glasfaserhaltigem Material oder einem ähnlichen Werkstoff zu verwenden. Wesentlich ist dabei, daß die die Armierung verkörpernden Ringe satt, d.h., ohne Zwischenraum in die Ausnehmungen der Lamellenfuße eingesetzt sind. Eine Abstützung der Armierungen gegen die Konturen der Ausnehmungen der Kollektorlamellen durch Glimmerstege und Preßmasse entfällt somit. Daher können die Armierungaringe unter dem Einfluß entsprechender mechanischer Kräfte nicht mehr verrutschen, so daß auch im Vergleich zu den bisherigen bessere Preßmassen eingesetzt werden können. Des weiteren ist das Entstehen von Lsellenkurzschlüssen unterbunden.This object is achieved in that, according to the invention, the annular Reinforcements form-fit and force-fit in the recesses on the base of the collector lamellas are used and isolated from them. It has proven to be particularly advantageous proven to train the reinforcements as eddy-sinter-insulated steel rings or alternatively plastic rings e.g. in the form of fiberglass wraps, resin-insulated or Over-molded rings made of a material containing a large amount of glass fiber or a similar material to use. It is essential that the rings embodying the reinforcement are fed up, i.e., are inserted into the recesses of the lamellar feet without a gap. One Support of the reinforcements against the contours of the recesses in the collector lamellas there is therefore no need for mica webs and molding compound. Therefore, the reinforcement rings no longer slip under the influence of corresponding mechanical forces, so that too Compared to the previous better molding compounds used can be. Furthermore, the occurrence of line short circuits is prevented.

Die Verwendung einer Preßmasse höherer Festigkeit, z.B. einer solchen mit Glasfaserverstärkung, scheiterte bisher daran, daß solche Preßmassen in der Regel einen wesentlich schlechteren Fließgrad aufweisen. Dadurch bedingt werden, wie die Praxis gezeigt hat, beim Verpressen der Kollektoren die lediglich über Glinerlamellen abgestützten Stahlringe weggedrückt, wodurch wiederum Laiellenkurzschlüsse entstehen, welche zu einem hohen Produktionsausschuß führen.The use of a higher strength molding compound, such as one with glass fiber reinforcement, has so far failed because such molding compounds in the Usually have a significantly poorer degree of flow. Thereby are conditioned As practice has shown, when pressing the collectors, they only use gliner lamellas supported steel rings are pushed away, which in turn creates lail short circuits, which lead to high production rejects.

Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, auf die Glimmerisolation ganz zu verzichten und die erforderliche Isolation unmittelbar durch die Preßmasse zu verwirklichen, welche dann in direkter Verbindung mit den Kollektorlamellen steht.Basically there is also the possibility of using the mica insulation To do without completely and the necessary insulation directly through the molding compound to realize, which is then in direct connection with the collector lamellas.

Auf diese Weise lassen sich die Vorteile der bekannten Cu-adhäsiven Preßmassen mit Armierungen verbinden.In this way, the advantages of the known Cu adhesives Connect molding compounds with reinforcements.

Um eine zusätzliche Verankerung der einzelnen Kollektorlamellen in deren in die Preßmasse eingreifenden Bereichen zu erzielen, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, die in Frage kommenden Seiten der Lamellen aufzurauhen. Dies kann in der Weise geschehen, daß in die Seiten bzw. in die in Frage kommenden Stirnflächen der Lamellen eine geeignete Riffelung beim Stanzvorgang mit eingeprägt wird oder dadurch, daß die einzelnen Lamellen sandgestrahlt werden.In order to provide additional anchoring for the individual collector lamellae in to achieve the areas engaging in the molding compound is a further development the invention provided to roughen the sides of the slats in question. This can be done in such a way that in the pages or in the in question A suitable corrugation is also embossed into the end faces of the lamellas during the punching process is or by the fact that the individual lamellae are sandblasted.

Ein nach der Erfindung aufgebauter Kollektor wird i nachstehenden anhand der Zeichnung näher erläutert.A collector constructed according to the invention is i below explained in more detail with reference to the drawing.

Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Kollektor, Fig. 2 eine Teilansicht des Kollektors längs der Schnitte A-B und C-D durch Fig. 1.They show: FIG. 1 a longitudinal section through the collector, FIG. 2 a Partial view of the collector along sections A-B and C-D through FIG. 1.

In den Figuren ist mit 1 eine @@@@@@a@e und mit 2 eine kiese umschließende, z.B. mit zu er Glasfaserverstärkung versehene Preßmasse bezeichnet, in welche dt @ aus Kupfer bestehenden Kollektorlamellen 3 im Bereich ihrer Füße 4 und ihrer Unterseite eingebettet sind. In die Ausnehmungen 5 der Kollektorlamellen sind Armierungen 6,7 form- und kraftschlüssig eingesetzt, wobei die mit 6 geltennzeichneten Armierungen als im Wirbelsinterverfahren isoliert Stahlringe ausgebildet sind und die Armierungen 7 aus stark glasfaserhaltigem Material bestehen. Die zwischen den einzelnen Kollektorlamellen vorgesehenen Isolationszwischenlagen 8 aus Glimmer oder einer geeigneten Preßmasse erstrecken sich radial lediglich bis zur äußeren Oberfläche der ArLierungsringe 6,7 , und die wirbelsinterisolierten Stahlringe 6 bzw. die Xunststoffringe 7 sitzen satt in den Ausnehmungen 5 der Kollektorlamellen 3. Die in Preßrichtung gesehen Jeweils hinten liegende Armierung kann beispielsweise durch Stirte in der PreBform unterstützt und so in ihrer Lage sicher gehalt er werden.In the figures, 1 is a @@@@@@ a @ e and 2 is a gravel enclosing, E.g. molding compound provided with glass fiber reinforcement, in which dt @ Existing copper collector lamellas 3 in the area of their feet 4 and their underside are embedded. Reinforcements 6, 7 are in the recesses 5 of the collector lamellas used positively and non-positively, whereby the reinforcements marked with 6 apply as steel rings isolated in the fluidized bed process and the reinforcements 7 consist of a material that contains a large amount of fiberglass. The one between the individual collector lamellas provided insulation layers 8 made of mica or a suitable molding compound extend radially only to the outer surface of the ArLierungsringe 6.7, and the eddy-sinter-insulated steel rings 6 or the plastic rings 7 are seated fed up in the recesses 5 of the collector lamellas 3. The seen in the pressing direction Reinforcement located at the rear can be achieved, for example, by means of a joint in the preform supported and thus kept safe in their position.

Der beim Herstellen der Schweißverbindungen Wicklungsdrähte » Kollektorlamellen auf die einzelnen Lamellen aufgebrachte Druck wird bei der erfindungsgemäßen Kollektorkonzeption nicht allein von der Preßmasse 2 aufgenommen, sondern auch von den satt in die Ausnehmungen 5 der Kollektorlamellen eingesetzten Armierungsringen 6 bzw. 7. Durch geeignete Wahl des Werkstoffs der Armierungsringe besteht außerdem die Möglichkeit einer besseren Temperaturabfuhr beim Schweißvorgang, so daß die Preßmasse 2 erforderlichenfalls thermisch entlastet werden kann. Des weiteren besteht die Möglichkeit, die Füße 4 der einzelnen Kollektorlamellen 3 stärker zu dimensionieren, da im Vergleich zu den bekannten Kollektorkonstruktionen der Zwischenraum zwischen den Konturen der Ausnehmungen 5 der Kollektorlamellen und den Außenkonturen der Armierungsringe 6,7 entfällt. Auch aufgrund der Möglichkeit, mechanisch hochbeanspruchbare Kunststoffe (Glasfaserverstärkung ) anstelle der bisher verwendeten Phenolharzpreßmassen zu verwenden, ermöglicht bereits die Herstellung von Kollektoren einer erheblich größeren mechanischen Stabilität.The winding wires »collector lamellas when making the welded connections The pressure applied to the individual lamellae is in the collector design according to the invention not only taken up by the molding compound 2, but also by the full in the recesses 5 of the collector lamellas inserted reinforcement rings 6 or 7. By suitable There is also the possibility of a better choice of material for the reinforcement rings Temperature dissipation during the welding process, so that the molding compound 2 if necessary can be thermally relieved. There is also the option of using the feet 4 of the individual collector lamellas 3 to be dimensioned stronger, as compared to the known collector constructions, the space between the contours of the Recesses 5 of the collector lamellas and the outer contours of the reinforcement rings 6.7 not applicable. Also due to the possibility of mechanically high-stress plastics (Glass fiber reinforcement ) instead of the previously used phenolic resin molding compounds to use already allows the manufacture of collectors one considerably greater mechanical stability.

Neben einer beträchtlichen Erhöhung der Standzeit des Kollektors einschließlich der Bürsten und einer Verminderung der Ausfallquoten insbesondere bei hochbelasteten Maschinen lassen mit einem Kollektor nach der Erfindung ausgerüstete Universalmotoren höhere Drehzahlen und damit höhere Leistungsgewichte zu, als sie mit den bisherigen Motoren erreichbar sind. Die Leerlaufdrehzahlen liegen dabei immerhin in der Größenordnung zwischen 35 000 und 40 000 U/min.In addition to a considerable increase in the service life of the collector including of brushes and a reduction in failure rates, especially in the case of high loads Machines have universal motors equipped with a collector according to the invention higher speeds and thus higher power to weight ratios than they did with the previous ones Motors are accessible. The idle speeds are at least in the range between 35,000 and 40,000 rpm.

- Patentansprüche -- patent claims -

Claims

Claims Collector for universal niomotors, its lamellas are electrically isolated from each other by insulating intermediate layers and in their Foot area have recesses for receiving ring-shaped reinforcements and in this Area are embedded in an insulating mass surrounding a hub, thereby characterized in that the annular reinforcements (6,7) form and force fit inserted into the foot-side recesses (5) of the collector lamellas (3) and against these are isolated.

2. Collector according to claim 1, characterized in that the reinforcements (6,7) are designed as eddy-sinter-insulated steel rings.

3. Collector according to claim 1, characterized in that the reinforcements (6,7) are designed as glass fiber reinforced plastic rings.

4. Collector according to claims 1-3, characterized by the use both insulated steel rings and glass fiber reinforced plastic rings.

5. Collector according to claims 1-4, characterized in that the one that receives the feet (4) of the collector lamellas (3) and encloses the hub (1) Insulating material (2) made of glass fiber reinforced and / or Cu-adhesive plastic consists.

6. Collector according to claims 1-5, characterized in that the collector lamellas in the area of their coming into contact with the molding compound Surfaces are roughened.

7. Collector according to claim 6, characterized in that the roughening the corresponding surfaces of the collector lamellas (3) consists of a corrugation.