DE2903029C2

DE2903029C2 - Kommutator und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2903029C2
Application number: DE2903029A
Authority: DE
Inventors: Akira Kiryu Gumma Kamiyama
Original assignee: Mitsuba Electric Mfg Co Ltd Kiryu Gumma; Mitsuba Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 1978-01-26
Filing date: 1979-01-26
Publication date: 1986-09-25
Also published as: DE2903029A1; GB2013415B; US4283841A; GB2013415A

Description

a) eine K upferplatte wird in die Form einer Scheibe mit radial vorspringenden, als Klauen und Fahnen dienenden Vorsprüngen gestanzt;

b) an der Oberseite der gestanzten Kupferplatte wird ein scheibenförmiges Blatt aus dem gegen Benzin unempfindlichen, elektrisch leitenden Material befestigt;

c) die Vorsprünge würden in vorbestimmte Richtungen gebogen;

d) auf der Unterseite der gestanzten Scheibe wird eine Nabe aus Kunstharz geformt, wobei die als Klauen dienenden Vorsprünge wenigstens teilweise in die Nabe eingebettet werden;

e) die zusammengesetzte Scheibe wird in regelmäßigen Abständen geschlitzt, wobei die Kommutatorlamellen mit entblößten Kupferteilen und mit von dem Blatt bedeckten Teilen entstehen; und

f) die entblößten Kupferteile der Kommutatorlamellen v/erden mit der Schicht aus Benzin nicht oxidierendem Metall bedeckt (F i g. 9)

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Blatt durch Druckschweißen befestigt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kommutator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf Verfahren zu seiner Herstellung.

Im Gegensatz zu in Luft arbeitenden Kommutatorklcinmoloren bedecken sich die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehenden Lamellen des Kommutators eines vom Benzin durchströmten Antriebsmotors einer Benzinpumpe an ihrer Oberfläche nicht mit einem schützenden Oxidfilm. Es besteht vielmehr das Problem, daß das Kupfer ständig mit dem Benzin in Berührung steht und das Benzin dadurch (insbesondere durch die zwischen Kommutator und Bürste aufgrund der Lichtbögen erzeugten, als Katalysator wirkenden Kupferionen) oxidiert wird. Oxidiertes Benzin ist nicht nur qualitativ schlecht für den zu speisenden Verbrennungsmotor, sonder es greift auch seinerseits wieder die Kupferflächen des Kommutators an und ruft noch mehr Kupferionen hervor, wodurch der Kommutator wesentlirh schneller durch die auf ihm schleifende Kommutatorbürslc abgenutzt werden kann als bei normalem Betrieb in Luft.

Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt, die Kommulalorsegmente vollständig aus Silber oder einer ihochprozentigen Silberlegierung herzustellen, wie dies auch zur Vermeidung eines schnellen Abbrandes bei hoher Strombelastung bekannt ist, wobei zur Vermeidung von Kommutierungsfehlern die Oberfläche der 'Kommutatorlamellen noch mit einer dünnen Schicht aus Weichmetall wie Zinn überzogen sein kann (CH-PS 5 13 528). Eine andere, nkht ganz so kostspielige, aber konstruktiv zu aufwendige Möglichkeit besteht darin, den Motor getrennt von der Benzinpumpe anzuordnen, so daß sein Kommutator nicht dem Benzin ausgesetzt ist, was überdies gewisse Vorteile wie insbesondere die gute Kühlung des Motors durch die Treibstoffströmung ausschließt.

Aus derDE-AS 12 84 512 ist an sich ein Verfahren zur Herstellung eines Plankommutators bekannt, bei dem zunächst eine Stahlplatine in radiale Segmentstreifen mit herausgebogenen Verankerungszungen gestanzt, ίο auf die Stahlplatine eine kleinere Kupferplatine aufgelötet und diese Anordnung dann mit dem Isolierstoff der Kommutatornabe verpreßt wird, wobei die Verankerungszungen im Isolierstoff eingebettet werden. Nach dem Freistanzen der Segmentstreifen der Stahlplatine können ihre über die Kupferplatine hinausragenden Endabschnitte zu zweiten Verankerungszungen abgebogen werden. Der auf diese Weise hergestellte Kommutator eignet sich aber aus den erwähnten Gründen nicht für den Motor einer Benzinpumpe, weil sein Kupfer an der Lamellenoberfläche freilk'rt.

Aus der GB-PS 3 3! 396 ist es bekannt, u. a. zur Verschleißminderung auf Kupferlamellen eines Kommutators galvanisch eine Schicht aus einem (in Luft) nicht wesentlich korrodierenden Metall wie Nickei oder Chrom aufzubringen.

Aus der CH-PS 5 30 095 ist es bekannt. Kommutatorlamellen aus plattenförmigen] Material herzustellen, das aus einem Metallträger und einer darauf gewalzten Kontaktschicht aus einer Edelmetall-Legierung wie z. B. Silber-Palladium zusammengestellt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kommutator und Verfahren zum Herstellen eines Kommutators anzugeben, der während langer Betriebszeit ohne übermäßige Abnutzung in Benzin arbeiten kann und vor allem eine Oxid'erung des Benzins zuverlässig vermeidet, obwohl seine Lamellen an sich aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichneten bzw. durch die in den Verfahrensansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

. \n verschiedenen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. IA, B und C den Aufbau und die Herstellung eines üblichen Kommutators:

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht eines Kommutators gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Kommutators gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4A und 4B perspektivische Darstellungen einer druckgeschweißten Platte bzw. einer hieraus gestanzten Platt= z:ir Erläuterung eines Verfahrens zum Befestigen, eines Blattes;

Fig. 5A und 5B Ansichten zur Erläuterung einer anderen Befestigungsmethode;

Fig.6 eine perspektivische Ansicht eines Kupferzylinders, an welchem ein Silberzyl'nder angelötet ist:

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Kommutators;

Fig. 8A und 8B perspektivische Ansichten· zü# Erläuterung der Herstellung eines Plankommutator; und

F i g. 9A und 9B perspektivische Ansichten zur Erläuterung eines anderen Beispiels der Herstellung eines Plankommutators.

Zum Herstellen eines konventionellen Kommutators, dessen Lamellen im allgemeinen aus dünnen Kupferplatten bestehen, wird zunächst eine KuDfemlatte 12

ausgestanzt, wie sie in Fig. IA dargestellt ist, die zu einem Zylinder 13 gemäß Fig. IB gerundet wird. Vorher werden Vorsprünge 14a und 14£>, die über die Ober- und Unterseite der Platte 12 hinausragen, zum Inneren des Zylinders 13 gebogen, und die zwischen den Vorsprüngen 14£> befindlichen Vorsprünge 15a werden zur Zylinderaußenseite gebogen. Wie Fig. IC zeigt, wird ein dicker Zylinder 16 aus 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 146 fest verbunden. Schließlich wird eine Anzahl von Schlitzen 17 in regelmäßigen Abständen an der Außenfläche des Zylinders 13 ausgebildet. Die jeweils zwischen den Schlitzen 17 befindlichen Teile des so hergestellten Kommutators 11 sind die Kommutatorlamellen 18. Die Schlitze 17 dienen zur Aufnahme von Glimmersegmenten, der Kunstharzzylinder 16 bildet die übliche Nabe

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lioK#»r\ Vs\mrr»iito.

Beispielsweise könnte man kleine, in passender Größe ausgestanzte Blätter nacheinander auf die Obcrfliiche jeder Lamelle mit Silbcrlot auflöten. Dieses Verfahren ist jedoch sehr zeitraubend. Die F i g. 4A und 4B /eigen ein wirtschaftlicheres Befestigungsverfahren als I huiplschritt bei der Herstellung des in F i g. 2 gezeigten Kommutators 21. Gemäß F i g. 4A wird eine Platte 41 vorbereitet, indem ein Blatt 43 aus Silber oder einer Silberlegierung durch Druckschweißen an einer dünnen Kupferplatte 42 befestigt wird. Die druckgeschwcißle Platte 41 wird zu einer Platte 44 mit der Form gemäß F i g. 4B gestanzt, aus der dann gemäß den Darstellungen der Fig. IB und 1Cder Kommutator21 gebildet wird. Beim Sch'itzen wird das Blatt 43 aus Silber oder einer Silbcrlegierung in eine entsprechende Anzahl befestigter Blätter 22 aufgespalten.

Die F i g. 5A und 5B zeigen ein anderes Befestigungsverfahren. Im mittleren Teil an der Oberfläche einer

Ρί α 1

torfahnen 15.

F i g. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kommutators 21 gemäß einer ersten Ausführu.ngsform der Erfindung, bei dem auf der Oberfläche jeder der aus Kupfer bestehenden Kommutatorlamellen 18 ein Blatt 22 mit einer Dicke von 0.4 bis 1,2 mm befestigt ist. Die Blätter 22 bestehen aus einem gut leitenden Material, dessen Abnutzung nicht durch oxidiertes Benzin gefördert wird, wie beispielsweise Silber oder einer Legierung aus Silber und Palladium oder eine Legierung aus Silber. Palladium und anderen Metallen. Der von jedem Blatt 22 bedeckte Bereich ist mindestens derjenige Teil, der in Schleifkontakt mit der oder den Bürsten steht. Da somit die Bürsten nur auf den Blättern 22 schleifen, können nur diese von den Bürsten abgenutzt werden. Während oxidiertes Benzin die Abnutzung von Kupfer fördert, gilt dies nicht für Silber oder eine Silberlegierung, so daß die Abnutzung der Blätter 22 aus Silber oder einer Silberlegierung wesentlich geringer ist als bei den üblichen Kommutatorlamellen gemäß F i g. IC. Die Abnutzung der Blätter 22 ist ungefähr die gleiche wie bei üblichen Kommutatorlamellen, wenn sie nicht von Benzin, sondern von Luft umgeben sind. Beim Betrieb in Benzin ist die Lebensdauer des Kommutators 21 mit den Blättern 22 etwa 10 bis 15mal so lang wie diejenige des konventionellen Kommutators 11.

Da das kostspielige Silber nur für die Blätter 22 verwendet wird, die nur einen Teil der Oberfläche jeder Kommutatorlamelle bedecken, ist der Kommutator 21 nicht teuer. Wie ein Kommutator mit massiven Silberlamellen hat er dennoch den Vorteil, daß seine Lebensdauer nicht durch -Jas Benzin verkürzt wird und deshalb ein Motor mit diesem Kommutator nicht getrennt von einer Benzinpumpe angeordnet werden muß.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Kommutator ist der nicht von dem Blatt 2 bedeckte Teil dem Benzin ausgesetzt, das durch das Kupfer oxidiert werden kann und zwar nicht die Abnutzung der Blätter 22 fördert, jedoch andere Teile, die aus Kupfer bestehen und im Weg des Benzins liegen, nachteilig beeinflussen kann. Deshalb ist gemäß F i g. 3 bei dem Kommutator 31 auf die Kupferoberfläche 32 eine Schicht 33 aus Benzin nicht oxidierendem Metall wie beispielsweise Silber oder Zinn galvanisch aufgebracht (elektroplattiert), so daß kein Teil des Kommutators 31 das Benzin oxidieren kann und die erwähnten ungünstigen Einflüsse vermieden werden.

Für die Befestigung der Blätter 22 jeweils auf dem die Bürste kontaktierenden Teil der Oberfläche der Kommutatorlamellen 18 gibt es verschiedene Möglichkeiten.

gleicht, wird ein Blatt 52 aus Silber oder einer Silberlegierung durch Löten mit einer Silberlegierung befestigt. Das Blatt 52 ist ein wenig breiter als die Kommutatorbürste und wird so, wie im Zusammenhang mit F i g. 4B erläutert wurde, in die befestigten Blätter 22 verwandelt.

F i g. 6 zeigt ein weiteres Befestigungsverfahren. Hier wird eine aus einem Blatt aus Silber oder einer Silberlegierung geformte zylindrische Hülse 63 auf die Außenfläche eines durch Runden einer dünnen Kupferplattc gebildeten Zylinders 62 aufgelötet. Danach werden in dem so entstandenen Zylinder 61. der bis auf die aufgelötete Hülse 63 der Konstruktion nach F i g. 1B gleicht, Schlitze gebildet und dann die Hülse 63 in die entsprechende Anzahl fester Blätter 22 aufgeteilt.

Vor dem Schlitzen kann die Kupferoberfläche des Kommutators mit der metallischen Schicht 33 gemäß Fig. 3 galvanisiert werden. Die Galvanisierung kann auch nach dem Schlitzen erfolgen, damit an den Schlitzen kein Kupfer freiliegt.

F i g. 7 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem Plankommutator 71, der im wesentlichen gleich dem Kommutator 31 in Fig.3 ist mit Ausnahme der Kommutatorlamellen 18', die radial in einer Ebene angeordnet sind, welche in einem rechten Winkel zur Achse der Kommutatornabe 19' verläuft. Die Blätter 22 sind an den die Bürsten kontaktierenden Teilen der Oberfläche der radial verlaufenden Kommutatorlamellen 18' befestigt Eine Galvanisierung mit dem Metall 33 erfolgt auf der restlichen Oberfläche jeder Kommutatorlamelle 18' außerhalb der Blätter 22. Die Funktionen und Wirkungen der Blätter 22 und der galvanischen Schicht 3J sind dieselben wie bei den anderen beschriebenen Kommutatoren.
Das Verfahren zur Herstellung dieses Plankommutators unterscheidet sich nicht wesentlich von den im Zusammenhang mit den F i g. 4A, 4B, 5A und 5B beschriebenen Verfahren. F i g. 8A und 8B zeigen ein Verfahren entsprechend Fig.4A und 4B. Zunächst wird eine Scheibe 81 vorbereitet, indem ein ringförmiges Blatt 83 aus Silber oder einer Silberlegierung konzentrisch auf eine dünne Platte 82 aus Kupfer unter Druck aufgeschweißt wird. In der Mitte haben sie kreisförmige Löcher. Die druckverschweißte Scheibe 81 wird zu einer Scheibe 84 der in F i g. 8B gezeigten Form gestanzL Wie sich aus Fig.7 ergibt, werden die Vorsprünge der Scheibe 84 nach unten gebogen, und unterhalb der Unterseite der Scheibe 84 wird durch Druckgießen ein Kunstharzzylinder 16 ausgeformt Zur Unterteilung der

Scheibe 84 in die radial und ringförmig angeordneten Komimitiitorliiincllcn wird eine entsprechende Anzahl von Schlit7.cn radial in regelmäßigen Abständen auf der oberen Fläche des Zylinders ausgebildet.

Die Fig. 9A und 9B veranschaulichen ein Verfahren entsprechend demjenigen gemäß den Fig.5A und 5B. Durch Stanzen einer dünnen Kupferplatte 92 erhält man eine Scheibe 91 mit einem kreisförmigen Loch in der Mute, einer Mehrzahl von Vorsprüngen am inneren ;und äußeren Umfang und einer Mehrzahl von zusätzlichcn Vorsprüngen zwischen denjenigen am äußeren Umfang der Scheibe. Wie Fig.9B zeigt, wird ein ringförmiges Blatt 93 aus Silber oder einer Silberlegierung am mittleren Teil der oberen Fläche der Scheibe 91 konzentrisch durch Löten mit einer Silberlegierung befestigt. Im übrigen entspricht das Verfahren zur Herstellung eines Kommutators gemäß F i g. 7 aus der Scheibe 91 mit dem aufgelöteten Blatt 93 demjenigen nach Fig.8Aund8B.

Die Erfindung ist nicht auf einen Kommutator für einen Motor zum Antrieb einer Benzinpumpe beschränkt, sondern läßt sich auch auf andersartige Kommutatoren anwenden, die in anderen Flüssigkeiten oder Gasen betrieben werden, die den Verschleiß des Kommutators fördern würden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche: d)

1. Kommutator, der im Betrieb langdauernd in Benzin eingetaucht ist, insbesondere für den Motor 5 e) einer Benzinpumpe, mit an einem Körper aus Isoliermaterial in einer gegebenen Anordnung befestigten elektrisch leitenden Kommutatorlamellen, die in Schleifkontakt mit einer Bürste stehen und ein Lei- f) termaterial aufweisen, das die für den Schleifkontakt ohne schnellere Abnutzung erforderliche Härte hat und gegen Benzin unempfindlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutatorlamellen (18) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung be- g) stehen und an ihrer Oberfläche wenigstens an dem in Schleifkontakt mit der Bürste stehenden Teil ein Blatt (22) aus dem gegen Benzin unempfindlichen Leitermaterial befestigt ist, und daß die nicht von dem Blau (22) bedeckte Oberfläche jeder Kommutatorlamelle (18) galvanisch mit einer Schicht (33) aus einem Berlin nicht oxidierenden Metall überzogen ist.

2. Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gegen Benzin unempfindliche Materia! Silber, eine Silber-Palladium-Legierung oder eine Legierung aus Silber, Palladium und anderen Metallen ist.

3. Kommutator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der galvanischen Schicht (33) Silber oder Zinn ist.

4. Verfahren zum Herstellen eines Kommutators nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) eine Kupferplatte wird in eine Form mit als Klauen und Fahnen dienenden Vorsprüngen gestanzt;

b) im der gestanzten Kupferplattc wird ein Bkitl b5 aus dem elektrisch leitenden, gegen Benzin unempfindlichen Material befestigt;

c) die Kupferplattc und das an ihr befestigte Blatt

werden zu einem Zylinder gerollt;
die als Klauen bzw. Fahnen dienenden Vorspringe des Zylinders werden nach innen bzw. nach außen gebogen;

innerhalb des Zylinders wird eine Nabe aus Kunstharz geformt, wobei die als Klauen dienenden Vorsprünge wenigstens teilweise in die Nabe eingebettet werden;
der Zylinder und das befestigte Blatt werden in Längsrichtung in regelmäßigen Abständen so geschlitzt, daß die Kommutatorlamellen mit entblößten Kupferteilen und von dem Blatt bedeckten. Teilen entstehen; und
die entblößten Kupferteile der Kommutatorlamellen werden mit der Schicht aus Benzin nicht oxidierendem Metall bedeckt (F i g.

5).

6. Verfahren zum Herstellen eines Kommutators nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) ein Blatt aus dem gegen jenzin unempfindlichen elektrisch leitenden Material wird an einer Kupferplatte befestigt;

b) die Kupferplatte wird in eine Form mit als Klau- g) en und Fahnen dienenden Vorsprünge gestanzt;

c) die Kupferplatte und das an ihr befestigte Blatt werden zu einem Zylinder gerollt;

d) die als Klauen bzw. Fahnen dienenden Vorsprünge des Zylinders werden nach innen bzw. h) nach außen gebogen;

e) innerhalb des Zylinders wird eine Nabe aus Kunstharz geformt, wobei die als Klauen dienenden Vorsprünge wenigstens teilweise in die Nabe eingebettet werden;

f) der Zylinder und das befestigte Blatt werden in Längsrichtung in regelmäßigen Abständen so su geschlitzt, daß die Kommutatorlamellen mit entblößten Kupferteilen und von dem Blatt bedeckten Teilen entstehen; und

g) die entblößten Kupferteile der Kommutatorlamellen werden mit der Schicht aus Benzin nicht oxidierendem Metall bedeckt (F i g. 4).

5. Verfahren zum Herstellen eines Kommutators nach Anspruch 1. 2 oder 3, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

eine Kupferplatte wird in eine Form mit als Klauen und Fahnen dienenden Vorsprängen gestanzt;

die Kupferplatte wird zu einem Zylinder gerollt; auf den Zylinder wird eine Hülse aus dem gegen Benzin unempfindlichen, elektrisch leitenden Material aufgepaßt;

die Hülse wird auf dem Zylinder in einer vorbestimmten Position befestigt;
die als Klauen bzw. Fahnen dienenden Vorsprünge des Zylinders werden nach innen bzw. nach außen gebogen;

innerhalb des Zylinders wird eine Nabe aus Kunstharz geformt, wobei die als Klauen dienenden Vorsprünge wenigstens teilweise in die Nabe eingebettet werden;
der Zylinder und das befestigte Blatt werden in Längsrichtung in reeelmaP'Sfen Abständen so geschlitzt, daß die Kommutatorlamellen mit entblößten Kupferteilen und von dem Blatt bedeckten Teilen entstehen; und
die entblößten Kupferteile der Kommutatorlamellen werden mit der Schicht aus Benzin nicht oxidierendem Metall bedeckt (F i g. 6).

7. Verfahren zum Herstellen eines Kommutators nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) auf der Oberseite einer Kupferpiaitc wird ein scheibenförmiges Blatt aus dem gegen Benzin unempfindlichen, elektrisch leitenden Material befestigt;

b) die Platte wird in die Form einer Scheibe mit radial vorspringenden, als Klauen und Fahnen dienenden Vorsprüngen gestanzt;

c) die Vorsprünge werden in vorbestimmte Richtungen gebogen;

d) auf der Unterseite der gestanzten Scheibe wird -eine Nabe aus Kunstharz geformt, wobei die als 'Klauen dienenden Vorsprünge wenigstens teilweise in die Nabe eingebettet werden;

c) die zusammengesetzte Scheibe wird in regelmäßigen Abstünden geschlitzt, wobei die Kommutatorlamellen mit entblößten Kupfcrtcilcn und mit von dem Blatt bedeckten Teilen entstehen; und

Γ) die entblößte Kupferteile der Kommutatorlamellen werden mit der Schicht aus Benzin nicht oxidierendem Metall bedeckt (F i g. 8).

8. Verfahren zum Herstellen eines Kommutators nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch folgende Schritte: