DE2903029A1 - Kommutator und verfahren zur herstellung eines solchen - Google Patents

Kommutator und verfahren zur herstellung eines solchen

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Description

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Mitsuba Electric Mfg. Co., Ltd. 2681, Hirosawa-cho 1-chome, Kiryu-City (Japan)
Kommutator und Verfahren zur Herstellung eines solchen
Die Erfindung betrifft einen Kommutator, welcher ständig einer Benzinatmosphäre in einem Motor ausgesetzt ist, beispielsweise zum Antrieb einer Bezinpumpe eines Kraftfahrzeugs oder dgl., und die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur wirtschaftlichen Herstellung eines solchen Kommutators. Ein gut leitendes Blatt, dessen Abnutzung durch oxydierte Benzinbestandteile nicht verstärkt wird, wird auf der Oberfläche jedes Kommutatorsegmentes -befestigt, welches zumindest an dem in Kontakt mit einer Bürste stehenden Teil aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
Ein Kommutator eines kleinen Motors zum Antrieb einer Bezinpumpe ist Benzin ausgesetzt, welches durch den Motor fließt. Die Lebensdauer eines solchen Kommutators ist kürzer als die eines nur Luft ausgesetzten Kommutators, wie sich aus den nachstehenden Gründen ergibt. KommutatorSegmente werden im allgemeinen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt. Wird ein Kommutator in Luft benutzt, dann wird die Kupferoberfläche jedes Kommutatorsegmentes mit einem Oxydationsfilm bedeckt, der durch den Bürstenkontakt entsteht. Wenn jedoch ein Kommutator in Benzin benutzt wird, dann bildet sich ein solcher Oxydationsfilm nicht aus, und daher ist die Kupferoberfläche ständig dem Benzin ausgesetzt. Benzin oxydiert unter dem Einfluß von Kupfer, und oxydiertes Benzin fördert die
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Äbnutzung des Kupfers. Die dem Benzin ausgesetzte Kupferoberfläche nutzt sich daher viel früher ab, als wenn ein Kommutator in Luft verwendet wird.
Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Kommutators langer Lebensdauer, wobei diese Ursachen ausgeschaltet werden sollen. Zur Erreichung dieser Aufgabe sind die folgenden Verfahren angewendet worden. Bei einem Verfahren sind die Kommutator Segmente vollständig aus Silber hergestellt. Bei einem anderen Verfahren wird ein Motor getrennt von einer Benzinpumpe angeordnet, so daß sein Kommutator nicht dem Benzin ausgesetzt ist. Diese Verfahren haben aber den Nachteil, daß sie zu teuren Ergebnissen führen, weil nämlich ein wertvolles Metall, nämlich Silber, beim ersten Verfahren in großen Mengen benutzt wird und beim zweiten Verfahren der Aufbau kompliziert wird.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Kommutators mit niedrigen Kosten. Eine dritte Aufgabe besteht in der Angabe eines Verfahrens zur wirtschaftlichen Herstellung eines Kommutators, welcher die erste und zweite Aufgabe erfüllt.
Die Erfindung schafft einen Kommutator, bei dem auf der Oberflä-,ehe jedes zumindest im Kontaktbereich mit der Bürste aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehenden Kommutatorsegmentes ein Blatt aus gut leitendem Material befestigt ist, dessen Abnutzung nicht durch oxydiertes Benzin gefördert wird.
Andere Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung. Es zeigen:
Fig. 1A, B und C den Aufbau und Herstellungsverfahren eines üblichen Kommutators, wobei Fig. 1A eine perspektivische Ansicht einer ausgestanzten Platte zur Veranschaulichung der ursprünglichen Form der Kommutatorsegmente, Fig. 1B eine perspektivische Ansicht eines aus der gestanzten Platte durch Runden gebildeten Zylinders und Fig. 1C eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht des Kommutators zeigt;
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Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Kommutators gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Kommutators einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4A und 4B Ansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zum Befestigen eines Blattes als Hauptteil der Erfindung, wobei Fig. 4A eine perspektivische Darstellung einer druckgeschweißten Platte und Fig. 4B einer aus der geschweißten Platte gestanzte Platte zeigt;
Fig. 5A und 5B Ansichten zur Erläuterung einer anderen Befestigungsmethode, wobei Fig. 5A eine ausgestanzte Platte und Fig. 5B eine ausgestanzte Platte mit einem durch Silberlegierungslöten an ihr befestigten Blatt aus Silber oder Silberlegierung zeigt;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Kupferzylinders, an welchem mit Hilfe eines Silberlegierungslötverfahrens ein Silberzylinder befestigt ist;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kommutators;
Fig. 8A und 8B perspektivische Ansichten zur Erläuterung eines Verfahrensbeispiels der Herstellung eines flachen Kommutators und
Fig. 9A und 9B perspektivische Ansichten zur Erläuterung eines anderen Verfahrensbeispiels der Herstellung eines flachen Kommutators.
In den Fig. 1A, 1B und 1C ist ein konventioneller Kommutator zum Vergleich mit dem erfindungsgemäßen Kommutator und seinem Herstellungsverfahren veranschaulicht. Die Kommutatorsegmente bestehen im allgemeinen aus dünnen Kupferplatten. Eine Kupferplatte 12, wie sie in Fig. 1A dargestellt ist, erhält man durch Ausstanzen. Die ausgestanzte Platte 12 wird zu einem Zylinder 13 gerundet, wie er in Fig. 1B gezeigt ist. Vorher wird eine Mehrzahl Vorsprünge 14a und 14b, welche über die Ober- und Unterseite der Platte
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hinausragen, zum Inneren des Zylinders 13 gebogen, und die zwischen den VorSprüngen 14b befindlichen VorSprünge 15a werden zur Zylinderaußenseite gebogen. Wie Fig. 1C zeigt, wird ein dicker Zylinder 16 aus Harz (Kunstharz) durch Druck- oder Spritzgießen an der Innenfläche des Zylinders 13 ausgebildet. Der Zylinder 13 ist mit dem Kunstharzzylinder 16 an den Positionen 14 durch die Vorsprünge 14a und 14b fest verbunden. Schließlich wird eine geeignete Anzahl von Schlitzen 17 in regelmäßigen Abständen an der Außenfläche des Zylinders 13 ausgebildet.
Ein Kommutator 11 wird nach dem obigen Verfahren hergestellt. Der zwischen den Schlitzen 17 jeweils befindliche Teil ist ein Kommutatorsegment 18. Der Schlitz 17 ist ein Glimmersegment. Der Harzzylinder 16 bildet eine Kommutatorbüchse 19 und die VorSprünge 15a sind die Kommutatoransätze 15.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kommutators gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Kommutator 21 ist auf der Oberfläche jedes aus Kupfer bestehenden Kommutatorsegmentes 18 ein Blatt 22 mit einer Dicke von 0,4 bis 1,2 mm befestigt. Die Blätter bestehen aus einem gut leitenden Material, dessen Abnutzung durch oxydiertes Benzin nicht gefördert wird. Das Material ist beispielsweise Silber oder eine Legierung aus Silber und Palladium oder eine Legierung aus Silber, Palladium und anderen Metallen. Der von jedem Blatt 22 bedeckte Bereich ist mindestens der in Kontakt mit den Bürsten stehende Teil.
Die Bürsten kontaktieren nur die Blätter 22 und schleifen auf ihnen, nur die Blätter 22 werden nämlich von den Bürsten abgenutzt. Obgleich oxydiertes Benzin die Abnutzung von Kupfer fördert, gilt dies nicht für die Abnutzung von Silber oder einer Silberlegierung. Daher ist die Abnutzung der Blätter 22 aus Silber oder einer Silberlegierung wesentlich geringer als bei den üblichen Kommutatorsegmenten gemäß Fig. 1C. Die Abnutzung der Blätter ist näherungsweise die gleiche die diejenige üblicher Kommutatorsegmente, wenn sie nicht in Benzin sondern in Luft verwendet werden. Verwendet man
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beide Kommutatoren in Benzin, dann ist die Lebensdauer des Kommutators 21 mit den Blättern 22 etwa 10 bis 15 mal so lang wie diejenige des konventionellen Kommutators 11.
Da kostbares Silber oder Silberlegierung nur für die Blätter 22 verwendet wird, welche nur einen Teil der Oberfläche jedes Kommutatorsegmentes bedecken, ist der Kommutator weniger teuer. Da weiterhin der Kommutator 21 mit den Blättern 22 lange Zeit in Benzin verwendet werden kann, braucht ein Motor mit diesem Kommutator nicht getrennt von einer Benzinpumpe angeordnet zu werden.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Kommutator ist der nicht mit dem Blatt 22 bedeckte Teil dem Benzin ausgesetzt, und das Kupfer kann das Benzin oxydieren. Obwohl das oxydierte Benzin die Abnutzung der Blätter 22 nicht fördert, beeinflußt es jedoch andere Teile, die aus Kupfer bestehen und im Weg des Benzins liegen, nachteilig.
Fig. 3 zeigt perspektivisch eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kommutators. Bei dem Kommutator 31 ist auf die Kupferoberfläche 32 ein Benzin nichtoxydierendes Metall 33 elektroplattiert. Ein Benzin nichtoxydierendes Metall ist beispielsweise Silber oder Zinn.
Weil die Kupferoberfläche 32 mit dem elektroplattierten Metall 33 bedeckt ist, oxydiert kein Teil des Kommutators 31 das Benzin. Auf diese Weise werden die erwähnten ungünstigen Einflüsse vermieden.
Jedes Blatt 22 ist auf dem die Bürste kontaktierenden Teil der Oberfläche jedes KommutatorSegmentes 18 befestigt. Für die Befestigung der Blätter gibt es eine Reihe von Verfahren. Bei einem leicht verständlichen Verfahren werden kleine, in geeigneter Größe ausgestanzte Blätter auf die Oberfläche jedes KommutatorSegmentes nacheinander mit Silberlot aufgelötet. Dieses Verfahren ist jedoch sehr zeitraubend.
Die Fig. 4A und 4B zeigen ein wirtschaftlicheres Befestigungs-
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-liver fahren, also einen Hauptschritt beim Herstellungsverfahren des in Fig. 2 gezeigten Kommutators. Gemäß Fig. 4A wird eine Platte 41 durch vorherige Befestigung eines Blattes 43 aus Silber oder einer Silberlegierung an einer dünnen Kupferplatte 42 durch Druckschweißen vorbereitet. Die druckgeschweißte Platte 41 wird in eine Form 44 gemäß Fig. 4B gestanzt. Die gestanzte Platte 44 wird gemäß den Darstellungen der Fig. 1B und 1C behandelt und wird zum Kommutator 21. Beim Schlitzen wird das Blatt 43 aus Silber oder einer Silberlegierung in eine geeignete Anzahl befestigter Blätter 22 aufgespalten.
Die Fig. 5A und 5B zeigen ein anderes Befestigungsverfahren. Eine Platte 51 gemäß Fig. 5A gleicht der gestanzten Kupferplatte 12 der Fig. 1. Wie Fig. 5B zeigt, wird ein Blatt 52 aus Silber oder einer Silberlegierung an der Oberfläche der Platte 51 in deren zentralen Teil durch Löten mit einer Silberlegierung befestigt. Das Platt 52 ist ein wenig breiter als eine Bürste. Das Blatt 52 wird durch dieselben Verfahrensschritte, die im Zusammenhang mit Fig. 4B erläutert worden sind, zu den befestigten Blättern 22.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Befestigungsverfahren. Ein Zylinder 61 gemäß Fig., 6 gleicht dem Zylinder 13 von Fig. 1B. Ein durch Runden eines Blattes aus Silber oder einer Silberlegierung geformter Zylinder 63 wird auf die Außenfläche eines Zylinders 62 aufgelötet, der durch Runden einer dünnen Kupferplatte gebildet ist. Danach werden Schlitze im Zylinder 61 vorgesehen, und dann kann der Zylinder 63 in eine geeignete Anzahl fester Blätter 22 aufgeteilt werden.
Vor dem Schlitzen kann auf der Kupferoberfläche eines Kommutators eine Elektroplattierung 33 gemäß Fig. 3 aufgebracht werden. Es ist auch möglich, die Elektroplattierung nach dem Schlitzen vorzunehmen. Wenn jedoch die Schlitze nach dem Plattieren der Kupferoberfläche ausgebildet werden, dann liegt an den Schlitzen Kupfer frei.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Erfindung zur Herstellung eines flachen Kommutators angewendet wird. Der Kommu-
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tator 71 ist praktisch der gleiche wird der Kommutator 31 in Fig. 3 mit der Ausnahme, daß die Kommutatorsegmente 18' radial in einer Ebene angeordnet sind, welche praktisch in einem rechten Winkel zur Achse der Kommutatorbüchse 19" verläuft. Die Blätter 22 sind nämlich an der Oberfläche der radial verlaufenden Kommutatorsegmente 18' an den die Bürsten kontaktierenden Teilen befestigt, und die Elektroplattierung 33 erfolgt auf der Oberfläche jedes Kommutator Segmentes 18' außer den Blättern 22. Die Funktionen und Wirkungen der Blätter und der Elektroplattierung sind dieselben wie bei den bereits beschriebenen Kommutatoren.
Das Verfahren zur Herstellung des flachen Kommutators unterscheidet sich nicht wesentlich von den im Zusammenhang mit den Fig. 4A, 4B, 5A und 5B beschriebenen Verfahren. Die Fig. 8A und 8B zeigen ein Verfahren entsprechend dem Verfahren gemäß den Fig. 4A und 4B. Bei Fig. 8A wird eine Scheibe 81 vorbereitet, indem zuvor eine Blattscheibe 83 aus Silber oder einer Silberlegierung auf eine dünne Plattenscheibe 82 aus Kupfer durch Druck aufgeschweißt wird. In ihrer Mitte haben sie kreisförmige Löcher, und sie werden konzentrisch verschweißt. Die druckverschweißte Platte 81 wird zu einer Scheibe 84 der in Fig. 8B gezeigten Form gestanzt. Wie sich aus Fig. 7 ergibt, werden die Vorsprünge der Scheibe 84 nach unten gebogen, und unterhalb der unteren Fläche der Scheibe 84 wird durch Druckgießen ein Kunstharzzylinder 16 ausgebildet, und eine geeignete Anzahl von Schlitzen wird radial in regelmäßigen Abständen auf der oberen Fläche des Zylinders ausgebildet, so daß die Scheibe 84 in eine Mehrzahl von radial und ringförmig angeordnete Kommutatorsegmente unterteilt wird.
Die Fig. 9A und 9B veranschaulichen ein Verfahren entsprechend demjenigen gemäß den Fig. 5A und 5B. Eine Scheibe 91 (Fig. 9A) erhält man durch Stanzen einer dünnen Kupferplatte 92 in eine Scheibe mit einem kreisförmigen Loch in der Mitte und mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen am inneren und äußeren Umfang und einer Mehrzahl von zusätzlichen VorSprüngen zwischen denjenigen am äußeren Umfang der Scheibe. Wie Fig. 9B zeigt, wird eine Blattscheibe 93
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aus Silber oder einer Silberlegierung mit einem kreisförmigen Loch in der Mitte am mittleren Teil der oberen Fläche der Scheibe 91 konzentrisch mit Hilfe einer Silberlegierungsverlötung befestigt. Wie Fig. 7 zeigt, ist das Verfahren zur Herstellung eines Kommutators aus der Scheibe 91, auf welche eine Blattscheibe 93 aufgelötet ist, das gleiche, wie es im Zusammenhang mit den Fig. 8A und 8B beschrieben ist.
Die Erfindung ist mit Bezug auf einen Kommutator für einen Motor zum Antrieb einer Benzinpumpe beschrieben worden, welcher einer Benzinumgebung ausgesetzt ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Art von Kommutatoren beschränkt, sondern läßt sich auch auf andere Kommutatorarten anwenden, die in anderen Flüssigkeiten oder Gas betrieben werden, wobei der Verschleiß des Kommutators gefördert wird. Die Wirkung solcher Kommutatoren unterscheidet sich praktisch nicht vom beschriebenen Fall.
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L e e r s e i t e

Claims (9)

  1. DIPL. ING. PETER SCHÜTZ 4. ύ U vJ U -4 α
    DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER
    MARIA-THERESIA-STRASSE 22
    POSTFACH 860068 D-80OO MUENCHEN 86
    TEXEFON OSO/17 00 00 478810
    TELIiX 022638 TELEGRAMM SOMBEZ
    10473/Sch/Vu
    Jap. Anm. Nr. 53-6680
    vom 26. Januar 1978
    Jap. Gbm-Anm. Nr. 53-100447
    vom 20. Juli 1978
    Mitsuba Electric Mfg. Co., Ltd. 2681, Hirosawa-cho 1-chome, Kiryu-City, (Japan)
    Patentansprüche
    (1)J Kommutator, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite der aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehenden Kommutatorsegmente zumindest an den Bürstenkontaktbereichen gut leitende Blätter aus einem Material, das unter Einfluß oxydierten Bezins keine erhöhte Abnutzung zeigt, befestigt sind.
  2. 2) Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blattmaterial Silber, eine Silber-Palladium-Legierung oder eine Legierung aus Silber, Palladium und anderen Metallen ist.
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    POSTSCHECK MÜNCHEN NH. 6 01 18 800 - BANKKONTO HTPOBANK MÜNCHEN (ΒΙ,Ζ 70080040) KTO. 6060237378
  3. 3) Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht mit den Blättern bedeckten Oberflächenbereiche jedes Kommutatorsegmentes mit einem Metall plattiert sind, welches in Gegenwart von Benzin nicht oxydiert.
  4. 4) Kommutator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Plattierung Silber oder Zinn verwendet wird.
  5. 5) Verfahren zur Herstellung eines Kommutators, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
    Herstellung einer druckgeschweißten Platte durch Aufschweißen eines Blattes aus Silber oder einer Silberlegierung auf eine dünne Kupferplatte,
    Stanzen der druckgeschweißten Platte in eine längliche rechteckige Form, die an ihren beiden langen Seiten eine Mehrzahl von Vorsprüngen und zwischen den Vorsprüngen auf einer langen Seite weitere Vorsprünge aufweist, welch letztere als Anschlußfahnen dienen,
    Umbiegen der erstgenannten Vorsprünge nach innen und der letztgenannten Vorsprünge nach außen und Runden der gestanzten Platte zu einem Zylinder,
    Ausbildung eines Harzteiles auf der Innenfläche des Zylinders durch Druckgießen und
    Ausbildung einer geeigneten Anzahl von Schlitzen in regelmäßigen Intervallen an der Außenfläche des Zylinders zu dessen Aufteilung in ringförmig angeordnete Kommutatorsegmente.
  6. 6) Verfahren zur Herstellung eines Kommutators, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
    Stanzen einer dünnen Kupferplatte in eine lange Rechteckform, die an ihren beiden langen Seiten eine Mehrzahl von Vorsprüngen und zwischen diesen an einer langen Seite weitere Vorsprünge aufweist, die als Anschlußfahnen dienen,
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    Auflöten eines Blattes aus Silber oder einer Silberlegierung auf die ausgestanzte Platte,
    Umbiegen der erstgenannten Vorsprünge nach innen und der letztgenannten Vorsprünge nach außen und Runden der gestanzten Platte zu einem Zylinder,
    Ausbildung eines Harzteiles auf der Innenfläche des Zylinders durch Druck- oder Spitzgießen und
    Ausbildung einer geeigneten Anzahl von Schlitzen in regelmäßigen Abständen an der Außenfläche des Zylinders zu dessen Aufteilung in ringförmig angeordnete Kommutatorsegmente.
  7. 7) Verfahren zur Herstellung eines Kommutators, gekennzeichnet, durch die folgenden Schritte:
    Ausstanzen einer dünnen Kupferplatte in eine lange Rechteckform mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen an den langen Rechteckseiten und zwischen diesen Vorsprüngen an einer langen Seite befindlichen weiteren Vorsprüngen, die als Anschlußfahnen dienen,
    umbiegen der erstgenannten VorSprünge nach innen und der letztgenannten Vorsprünge nach außen und Runden der gestanzten Platte zu einem ersten Zylinder,
    Auflöten eines zweiten Zylinders, der durch Runden eines Blattes aus Silber oder einer Silberlegierung gebildet ist,, auf die Außenfläche des ersten Zylinders, Ausbilden eines Harzteiles an der Innenfläche des ersten Zylinders durch Spritz- oder Druckgießen und
    Ausbildung einer geeigneten Anzahl von Schlitzen auf der Außenfläche der Zylinder zu deren Aufteilung in ringförmig angeordnete KommutatorSegmente.
  8. 8) Verfahren zur Herstellung eines Kommutators, gekennzeichnet durch die Schritte:
    Herstellung einer druckgeschweißten Scheibe durch Verschweißen einer blattförmigen Scheibe aus Silber oder einer Silberlegierung
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    mit einem kreisförmigen Loch in der Mitte auf eine dünne Kupferplattenscheibe ,
    Stanzen der druckgeschweißten Scheibe in eine Form mit einem kreisförmigen Mittelloch und einer Mehrzahl von Vorsprüngen an den inneren und äußeren Umfangen und zwischen diesen am äußeren Umfang angeordneten weiteren Vorsprüngen, welche als Anschlußfahnen dienen,
    Umbiegen der erst- und letztgenannten Vorsprünge nach unten,
    Ausbildung eines Harzzylinders unter der Unterfläche der ausgestanzten Scheibe durch Spritz- oder Druckgießen und
    Ausbildung einer geeigneten Anzahl von Radialschlitzen in regelmäßigen Abständen auf der oberen Fläche des Zylinders zur Aufteilung der Scheibe in ringförmig angeordnete Kommutatorsegmente.
  9. 9) Verfahren zur Herstellung eines Kommutators, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
    Ausstanzen einer dünnen Kupferplatte zu einer Scheibe mit einem kreisförmigen Mittelloch und einer Mehrzahl von am Innen- und Außenumfang vorgesehenen Vorsprüngen sowie zwischen diesen am Außenumfang angeordneten weiteren Vorsprüngen, welche als Anschlußfahnen dienen,
    Auflöten einer Blattscheibe aus Silber oder einer Silberlegierung mit einem kreisförmigen Mittelloch konzentrisch auf die obere Fläche der Kupferscheibe,
    Umbiegen der erst- und letztgenannten VorSprünge nach unten, Ausbildung eines Harzzylinders unter der unteren Fläche der Kupferscheibe durch Spritz- oder Druckgießen und
    Ausbildung einer geeigneten Anzahl von Radialschlitzen in regelmäßigen Abständen an der oberen Fläche des Zylinders zur Aufteilung der Scheiben in ringförmig angeordnete Kommutatorsegmente.
    lötverfahren zur Herstellung eines Kommutators nach Anspruch oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die freiliegende Kupfer oder Kupferlegierungsoberfläche nach der Ausbildung der Schlitze mit
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    einer in Gegenwart von Benzin nichtoxydierenden Metallplattierung bedeckt wird.
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