DE2649121A1

DE2649121A1 - Verfahren zum herstellen eines kommutators fuer einen elektromotor

Info

Publication number: DE2649121A1
Application number: DE19762649121
Authority: DE
Inventors: Koichiro Fukui; Norikatsu Inoue; Hirohisa Ishii
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1975-10-29
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1977-05-12
Also published as: NL181243C; US4035908A; GB1528228A; NL7612069A; CA1053882A; DE2649121C2; JPS54282B2; NL181243B; FR2330169A1; FR2330169B1; JPS5254102A

Description

Verfahren zum Herstellen eines Kommutators für einen Elektromotor

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kommutators für einen Elektromotor, insbesondere zum Herstellen eines Kommutators, bei dem sich mehrere Kommutatorsegmente aus Kupfer oder dergl. über die äußere Umfangsfläche eines zylindrischen Isolators erstrecken und durch axial verlaufende Schlitze getrennt sind, die gegenüber dem Isolator radial nach außen zwischen einander zugewandten Flächen benachbarter Kommutatorsegmente verlaufen.

Es ist bekannt, bei kleinen Gleichstrommotoren, z.B. solchen zum Antreiben von Tonbandgeräten, einen Kommutator zu verwenden, bei dem ein zylindrischer Isolator vorhanden ist, der eine axiale Öffnung zum Aufnehmen der drehbaren Motorwelle aufweist und zu dem mehrere Kommutatorsegmente aus Kupfer gehören, die sich über die äußere Umfangsflache des Isolators erstrecken und durch axiale Schlitze getrennt sind, welche gegenüber dem Isolator radial nach außen zwischen einander zugewandten Flächen benachbarter Kommutatorsegmente verlaufen. Beim Betrieb eines solchen Gleichstrommotors entsteht infolge der Reibung zwischen den Kommutatorsegmenten und den damit zusammenarbeitenden Kontaktbürsten ein leitfähiges Pulver,

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z.B. infolge einer Erosion der Kohlebürsten, und dieses leitfähige Pulver kann sich in den Schlitzen zwischen benachbarten Kommutatorsegmenten ansammeln. Dies führt zu einer Verschlechterung der Isolation zwischen den benachbarten Kommutatorsegmenten, so daß sich der Wirkungsgrad des Elektromotors verringert. Schließlich kann das sich in den Schlitzen ansammelnde leitfähige Pulver zu Kurzschlüssen zwischen benachbarten Kommutatorsegmenten führen, was zu einer Verkürzung der nutzbaren Lebensdauer des Elektromotors führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kommutator der geschilderten Art für einen Elektromotor zu schaffen, bei dem die Isolation zwischen benachbarten Kommutatorsegmenten auch dann aufrechterhalten wird, wenn sich in den Schlitzen zwischen den Kommutatorsegmenten ein leitfähiges Pulver ansammelt. Insbesondere soll ein Kommutator der genannten Art geschaffen werden, bei dem die einander zugewandten Flächen benachbarter Kommutatorsegmente, zwischen denen die radialen Schlitze vorhanden sind, mit isolierenden Überzügen aus einem Oxidmaterial versehen sind, so daß selbst beim Entstehen von Ansammlungen eines leitfähigen Pulvers in den Schlitzen die isolierenden Oxidüberzüge die Isolation zwischen benachbarten Kommutatorsegmenten aufrechterhalten. Schließlich soll ein Verfahren geschaffen werden, das eine besonders leichte Herstellung eines solchen Kommutators für einen Elektromotor ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Kommutators für einen Elektromotor geschaffen worden, der einen zylindrischen Isolator aufweist, ferner mehrere z.B. aus Kupfer bestehende Kommutatorsegmente, die den Isolator teilweise umschließen und durch axiale Schlitze getrennt sind, welche von dem Isolator aus radial nach außen zwischen einander zugewandten Flächen benachbarter Segmente verlaufen, das Maßnahmen umfaßt, um die Umfangsflächen der Kommutatorsegmente aus Kupfer abzuschirmen, z.B. durch Plattieren mit einem Metall wie Silber, Nickel, Zinn oder Zink, oder durch Erzeugen eines relativ leicht zu ent-

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fernenden Oxids oder durch überziehen mit einer Farbe, woraufhin die so erhaltene Baugruppe oxidiert wird, so daß nur die einander zugewandten Flächen der Kommutatorsegmente, zwischen denen die Schlitze verlaufen, mit isolierenden Schichten aus Kupferoxid versehen werden, und um schließlich die Abschirmung zusammen mit dem etwa darauf entstandenen Oxid von den Umfangsflächen der Kommutatorsegmente zu entfernen, so daß das Kupfer oder das sonstige Metall der Segmente an den Umfangsflächen freigelegt wird.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung v/erden die Kommütatorsegmente auf dem zylindrischen Isolator dadurch erzeugt, daß eine Buchse aus Kupfer oder einem anderen Kommutatormetall auf der äußeren Umfangsfläche des Isolators angeordnet wird und daß die Buchse mit eingeschnittenen Schlitzen versehen wird, die sich nach innen mindestens bis zur äußeren Umfangsfläche des Isolators erstrecken, nachdem die Außenfläche der Buchse mit Silber, Nickel, Zinn oder Zink plattiert oder mit einer Farbe überzogen worden ist, um die gewünschte Abschirmung nur an den Umfangsflächen der Kommunatorsegmente zu bewirken, die beim Einschneiden der Schlitze in die Buchse entstehen.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1, 2 und 3 perspektivische Darstellungen zur Veranschaulichung verschiedener Arbeitsschritte zum Herstellen eines Kommutators für einen Elektromotor nach einem erfindungsgemäßen Verfahren;

Fig. 4 einen vergrößerten Teilschnitt eines Kommutators, wie er nach der Durchführung des Arbeitsschritts nach Fig. 3 vorhanden ist;

Fig. 5 eine Fig. 4 ähnelnde Darstellung zur Veranschaulichung eines weiteren Arbeitsschritts des Verfahrens nach der Erfindung ; und

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Fig. 6 einen iTuerschnitt eines fertigen, er fi ndungs gemäß hergestellten Kommutators für einen Elektromotor.

Um einen Kommutator für einen Elektromotor mit Hilfe eines erfinclungsgemäßen Verfahrens herzustellen, wird zunächst gemäß Fig. 1 eine Baugruppe 1 dadurch hergestellt, daß man einen zylindrischen Isolator 3 aus Kunstharz mit einer Buchse 2 aus Kupfer oder einem anderen für Kommutatoren geeigneten Material versieht. Der zylindrische Isolator 3 hat eine axiale öffnung 4. zum Aufnehmen der nicht dargestellten drehbaren Welle eines Elektromotors. Gemäß Fig. 1 ist der Isolator 3 an seiner äußeren Umfangsflache vorzugsweise mit axialen Keilbahnen oder Leisten 3a versehen, die von dazu passenden Nuten 2a aufgenommen v/erden, welche sich auf der Innenfläche der Buchse 2 aus Kupfer in axialer Richtung erstrecken. Zur Vervollständigung der Baugruppe 1 dienen Anschlüsse 5a, 5b und 5c aus Kupfer, die mit der Buchse 2 aus einem Stück bestehen können, gegenüber einem Ende der Buchse radial nach außen ragen und in gleichmäßigen ^inkelabständen verteilt sind.

Beim nächsten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden sämtliche freiliegenden Flächen der Buchse 2 und der Anschlüsse 5a, 5b und 5c gemäß Fig. 2 durch Plattieren mit einem Überzug 10 aus Silber versehen. Dann werden mehrere in gleichmäßigen Winkelabständen verteilte axiale Schlitze 6a, 6b und 6c in radialer Sichtung in den Silberüberzug 10 und die Buchse 2 aus Kupfer mindestens bis zur äußeren ümfangsfläche des zylindrischen Isolators 3 und vorzugsweise über eine kurze Strecke in den Isolator hinein eingeschnitten, um die Buchse 2 in mehrere KommutatorSegmente 7a, 7b und 7c zu unterteilen, die gemäß Fig. 3 in der Umfangsrichtung durch die Schlitze 6a, 6b und 6c voneinander getrennt sind.

Wie in Fig. 4 bezüglich der Komrautatorsegmente 7a und 7c der so hergestellten Baugruppe la dargestellt, ist jedes Kommutatorsegment an seiner äußeren ümfangsfläche mit einem Teil der aufplattierten Silberschicht 10 bedeckt, während/den einander

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zugewandten Flächen 8 und 9 der Segmente 7a und 7c, zwischen denen der axiale Schlitz 6a radial nach außen verläuft, das Kupfer der Kommutatorsegmente freigelegt ist. Entsprechend liegt bei der Baugruppe la das Kupfer nur an den einander zugewandten Flächen der Segmente 7a und 7b innerhalb des Schlitzes 6b sowie an den Flächen der Segmente 7b und 7c innerhalb des Schlitzes Sc frei.

Wach dem Einschneiden der Schlitze 6a, 6b und 6c zum Trennen der Kommutatorsegmente 7a, 7b und 7c wird die Baugruppe la einer Oxidationsbehandlung unterzogen. Zu diesem Zweck kann man alle Flächen der Baugruppe la mit Trichloräthylen reinigen, um Cl und Fett zu entfernen, die Baugruppe dann mit Salzsäure abwaschen und sie schließlich in eine alkalische Lösung von lialiumpersulfat mit einer Temperatur von etwa 100⁰C etwa 5 min lang eintauchen, um die gewünschte Oxidation herbeizuführen, woraufhin die fertige oxidierte Baugruppe Ib nach Fig. 5 mit Wasser gründlich abgespült wird.

Gemäß Fig. 5 weist die Baugruppe Ib nach der Oxidationsbehandlung an den einander zugewandten Flächen 8 und 9 jedes der Schlitze 6a, 6b.und 6c relativ dicke und harte Kupferoxidfilme 11a und 11b auf, während auf der aufplattierten Silberschicht auf den Umfangsflächen der Kommutatorsegmente 7a, 7b und 7c nur relativ dünne, weiche Silberoxidfilme lic entstanden sind.

Schließlich werden die Überzüge, die aus den Teilen der aufplattierten Silberschicht 10 und den darauf entstandenen dünnen Silberoxidfilmen lic bestehen, von den Umfangsflachen der drei Kommutatorsegmente z.B. mit Hilfe eines üiamantwerkzeugs entfernt, um das Kupfer an den Umfangsflachen freizulegen, und dann werden die aus Kupfer bestehenden Umfangsflächen der Kommutatorsegmente geschliffen und auf Hochglanz poliert, so daß man den in Fig. 6 dargestellten fertigen Kommutator Ic erhält. Da die axifplattierte Silberschicht 10 und die Silberoxidfilme lic relativ weich sind, wird das zum Entfernen dieser Schichten dienende Diamantwerkzeug nur wenig beansprucht, so daß es

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sich nur in einem geringen Ausmaß abnutzt und nur in großen Zeitabständen ausgev/echselt zu werden braucht. Wären dagegen die äußeren Umfangsflachen der Kommutatorsegmente 7a, 7c und 7c vor der beschriebenen Oxidationsbehandlung nicht mit der Schutzschicht 10 aus aufplattiertem Silber versehen worden, würde diese Behandlung zur Entstehung relativ dicker und harter Kupferoxidschichten auf den Umfangsflächen der Kommutatorsegmente und den einander zugewandten Flächen der Schlitze 6a, 6b und 6c geführt haben. Wären solche relativ dicken und harten Kupferoxidschichten auf den Umfangsflächen der Kommutatorseginente vorhanden, würden sie sich nur unter großen Schwierigkeiten entfernen lassen, und das dazu benutzte Diamantwerkzeug müßte häufig ausgewechselt werden.

Bei dem erfindungsgemäß hergestellten fertigen Kommutator Ic nach Fig. 6 kann man die Silberoxidfilme auf den Anschlüssen 5a, 5b und 5c durch einen Schneid- oder SchleifVorgang entfernen, um das Kupfer freizulegen. Da diese Silberoxidfilme auf den Anschlüssen jedoch leitfähig und verlötbar sind, ist es nicht erforderlich, sie zu beseitigen, um die Kupferflächen freizulegen.

Wird der erfindungsgemäß hergestellte Kommutator Ic nach Fig. 6 bei einem Elektromotor verwendet, bewirken die isolierenden Kupferoxidfilme 11a und 11b, welche die einander zugewandten Flächen benachbarter Kommutatorsegmente innerhalb der Schlitze 6a, 6b und 6c überdecken, daß selbst dann, wenn infolge der Reibung zwischen den Konunutatorsegmenten und den damit zusammenarbeitenden Kontaktbürsten ein leitfähiges Pulver entsteht und sich dieses Pulver in den Schlitzen ansammelt, daß die elektrische Isolation zwischen den Kommutatorsegmenten aufrechterhalten wird. Daher arbeitet ein Elektromotor mit einem erfindungsgemäß hergestellten Kommutator auch nach einer langen Betriebszeit noch mit einem hohen Wirkungsgrad, d.h. seine Lebensdauer verlängert sich entsprechend.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Schutzschicht 10 auf den Umfangsflächen der Kommutatorsegmente 7a, 7b und 7c

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vorzugsweise aus Silber erzeugt, da sich Silber sehr leicht auf die Buchse 2 aus Kupfer und die ebenfalls aus Kupfer bestehenden Anschlüsse 5a, 5b und 5c aufplattieren läßt. Ferner wird die Verwendung von Silber für den Schutzüberzug 10 deshalb bevorzugt, weil sowohl Silber als auch Silberoxid leitfähig ist, sich leicht löten läßt und daher nicht von den Anschlüssen entfernt zu werden braucht, wenn Verbindungen zu den Anschlüssen hergestellt werden sollen, sowie deshalb, weil sieh der Silberüberzug 10 und der Silberoxidfilm lic von den Umfangsflächen der Kommutatorsegmente leicht durch Zerspanen oder auf andere Weise entfernen lassen. Gemäß der Erfindung ist es jedoch auch möglich, den Schutzüberzug 10 auf der Kupferbuchse 2 und den damit zusammenhängenden Anschlüssen nicht aus Silber, sondern aus Nickel, Zinn oder Zink zu erzeugen.

üei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann man den Schutzüberzug lö für die Kupferbuchse und die Anschlüsse vor dem Einschneiden der Schlitze 6a, 6b und 6c auch in Form eines Farbüberzugs herstellen, der eine Oxidation der von ihm bedeckten Flächen aus Kupfer verhindert, wenn die Kommutatorbaugruppe la nach Fig. 4 der beschriebenen Oxidationsbehandlung unterzogen wird. Nach dieser Oxidationsbehandlung, bei der Kupferoxidfilme oder Schichten 11a und lib auf den Innenflächen der Schlitze 6a, 6b und 6c entstehen, wird der Farbüberzug von den Umfangsflachen der Kommutatorsegmente 7a, 7b und 7c sowie den Anschlüssen Sa, 5b und 5c auf mechanischem oder chemischem Tfege entfernt, so daß man den fertigen Kommutator Ic nach Fig. 6 erhält.

Patentansprüche;

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Leerseite

Claims

P A T 3 K T A K S P S Ü C ΰ iä

Ι./ Verfahren zum Herstellen eines Kommutators für einen

ektromotor aus einer Baugruppe mit einem zylindrischen Isolator und mehreren Kommutatorsegmenten aus Metall, die sich über die äußere Umfangsfläche des Isolators erstrecken und durch axiale Schlitze getrennt sind, welche von dem Isolator aus radial nach außen zwischen einander zugewandten Flächen benachbarter Kommutatorsegmente verlaufen, dadurch gekennzeichnet , daß die Umfangsflächen der Kommutatorsegmente mit einem Schutzüberzug versehen werden, daß die genannte Baugruppe nach dem Aufbringen des Schutzüberzugs auf die umfangsflächen der Kommutatorsegmente einer OKidationsbehandlung unterzogen wird, so daß nur auf den einander zugewandten Flächen der Kommutatorsegmente, welche die Schlitze abgrenzen, Schichten aus einem Oxid des Kommutatormetalls gebildet werden, und daß dann die Schutzschicht von den umfangsflächen der Kommutatorsegmente entfernt wird, um das Kommutatormetall an den Umfangsflächen der Segmente freizulegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kommutatorsegmente auf dem Z3^1indrischen Isolator dadurch ausgebildet v/erden, daß eine Buchse aus dem Kommutatormetall auf der äußeren Umfangsfläche des Isolaros angeordnet wird und daß do.nn die genannten Schlitze in die Buchse so eingeschnitten v/erden, daß sie sich nach innen mindestens bis zur äußeren Umfangsfläche des Isolators erstrecken»

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schutzschicht auf die äußere umfangsfläche der Buchse aufgebracht wird, bevor die Schlitze in die Buchse einge schnitten werden.

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SL

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schutzschicht dadurch erzeugt wird, daß auf die äußere ümfangsfläche der Buchse ein von den¹. Kommutatormetall verschiedenes Metall aufplattiert v^rircl, das sich im oxidierten Zustand relativ leicht von den ümfangsflachen der Kommutatorsegmente entfernen läßt.

5. Verfahren nach Anspruch -1, dadurch gekennzeichnet,

daß das aufplattierte wetall ms der Gruppe gewählt wird, zu der Silber, Wickel, Zinn uric .-:ini: gehören, und daß als Koninuta torme tall Kupfei- verwendet v.'ird.

υ. Verfahren nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichneL, daß das auf plattier te Metall Silber und das Konuau ca torine tall Kupfer ist.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht dadurch erzeugt wird, daß die äußere ümfangsfläche der Buchse mit einem farbüberzug versehen wird,

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere ümfangsfläche des Isolators und die innere Ümfangsfläche der Buchse mit zueinander passenden Leisten bzw. Nuten versehen werden.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Geh litze von außen her in die iiommu ta tor baugruppe so tief eingeschnitten v/erden, daß sie sich bis zu Punkten innerhalb der äußeren Ümfangsfläche des Isolators erstrecken«

Patentanwalt:

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