DE2929731A1

DE2929731A1 - Verfahren zum herstellen von lamellen fuer kommutatoren

Info

Publication number: DE2929731A1
Application number: DE19792929731
Authority: DE
Inventors: Hans Weinert
Original assignee: Ringsdorff Werke GmbH
Current assignee: SGL Group GmbH Werk Ringsdorf
Priority date: 1979-07-23
Filing date: 1979-07-23
Publication date: 1981-02-12
Also published as: US4349384A

Description

RINGSDORFF-WERKE GMBH Bonn-Bad Godesberg, den 18. JULi ¹S?

Verfahren zum Herstellen von Lamellen für Kommutatoren

Die Erfindung betrifft Lamellen für Kommutatoren, die einen Fußteil aus Kupfer oder Kupferlegierungen und eine mit dem Fußteil stoffschlüssig verbundene Laufschicht aus Kohlenstoff aufweisen, ein Verfahren zur Herstellung und die Verwendung der Lamellen.

Es ist bekannt, die Kommutierung von Gleichstrom- und Universalmotoren durch die Verwendung von Kommutatoren zu verbessern die ganz aus Kohlenstoff bestehen oder deren Oberfläche mit einer Schicht aus Kohlenstoff versehen ist. Der gegen Kommutatoren aus Metall bedeutsame Vorteil ist mit einigen gewichtigen Nachteilen verknüpft, die bisher einer größeren Verwendung dieser Kommutatoren entgegenstanden, vor allem

1. die technisch schwierige und aufwendige Verbindung der Wicklungsenden der Kommutatorwicklung mit dem Kohlenstoff,

2. die vergleichsweise geringe Festigkeit des Kohlenstoffs, und,

3. der bezogen auf Kupfer große spezifische elektrische Widerstand des Kohlenstoffs.

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Bei zusammengesetzten Lamellen wirkt sich der größere spezifische elektrische Widerstand des Kohlenstoffs umso weniger aus, je dünner die mit einem Metallfuß verbundene Kohlenstofflaufschicht ist. Zusammengesetzte Formen unterliegen auch nicht den durch die geringere Festigkeit des Kohlenstoffs gegebenen Begrenzungen und es hat entsprechend nicht an Versuchen gefehlt, die aufgezeigten Probleme auf diese Weise zu lösen. Z. B. ist durch die DE-PS 63 622 bekannt, einen dünnen Kohlenstoffbelag auf Lamellen aus Kupfer aufzubringen.

Die Vorzüge von zusammengesetzten, eine metallische Basis oder Fußteil und eine im wesentlichen aus Kohlenstoff bestehende Laufschicht aufweisenden Lamellen konnte bisher im technischen Maßstab aber nicht verwirklicht werden, da die Festigkeit der Verbindung zwischen Fußteil und Laufschicht nicht ausreichte und auch der hohe Spannungsabfall nicht befriedigte. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer zusammengesetzten Lamelle zu schaffen, welche die genannten Nachteile nicht aufweist und das besonders das Herstellen einer festen Verbindung mit geringem Spannungsabfall zwischen den Teilen der Lamelle ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

a) in einer Preßform eine erste Schicht aus Kupferpulver und darüber eine zweite Schicht aus einem Kohlenstoffpulver und ein Bindemittel enthaltenden Gemisch gefüllt werden,

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b) durch Verdichten der Pulverschichten ein die Form der Lamelle aufweisender Formling hergestellt wird und

c) der Formling bei einer erhöhten Temperatur gesintert und dessen Fußteil mit Ausnehmungen zur Aufnahme von Isolierstoffen versehen wird.

Unter dem Begriff Kupferpulver sind im folgenden auch Pulver mit Legierungszusätzen, z. B. Zinn oder Blei zu verstehen. Der Begriff Kohlenstoff schließt alle Formen des Elements Kohlenstoff ein, die wenigstens im atomaren Bereich eine Schichtstruktur aufweisen, wie z. B. Ruß, Petrolkoks, Elektrographit und Naturgraphit. Diese Kohlenstoffsorten werden zunächst zerkleinert, klassiert und mit einem Binder gemischt, der die einzelnen Kohlenstoffkörner elektrisch leitend miteinander verbindet. Geeignet sind vor allem Binder, die bei Raumtemperatur oder einer etwas erhöhten Temperatur ausgehärtet werden können und bei einer höheren Temperatur pyrolisieren, z. B. Phenolformaldehyd-Harze. Zweckmäßig ist die Dicke der Pulverschichten so auszulegen, daß die Lamelle nach dem Verdichten und Sintern die vorgegebenen Maße ausweist. Gleiches gilt für die Preßform. Zum Verdichten der Pulverschichten reichen im allgemeinen Drücke von etwa 0,3 bis 3 bar aus, die Sintertemperatur der Formlinge soll zweckmäßig etwa 300 bis 800⁰C betragen.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform werden die Pulverschichten bei einer erhöhten Temperatur, zweckmäßig zwischen etwa 100 und 200⁰C verdichtet und dabei der Binder, z. B. Novolake-Harze gehärtet. Die Lamelle

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wird dann auf einer Temperatur etwa im Bereich zwischen 300 bis 800OC erhitzt.. Dabei sintert das Kupferpulver und der Binder pyrolisiert unter Bildung eines im wesentlichen aus Kohlenstoff bestehenden Rückstands. Der Lamellenfuß aus Kupfer und die Kohlenstofflaufschicht werden bei dieser Behandlung fest miteinander verbunden. Eine zusätzliche Steigerung der Verbindungsfestigkeit wird dadurch erreicht, daß man zwischen der Kupferschicht und der Kohlenstoffschicht eine weitere Schicht anordnet, die aus einem Kupfer-Kohlenstoffpulver-Gemisch besteht. Diese Ausführungsform ist für Kommutatoren vorteilhaft, die besonderen mechanischen und thermischen Beanspruchungen unterliegen.

Die einzelnen Lamellen, die vorzugsweise einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen und deren Laufschicht weniger als 30 % der Lamellenhöhe ausmacht, werden in bekannter Weise zusammen mit Glimmerblättchen zu einem Kommutator zusammengefügt. Dabei ist es zweckmäßig, die Fußteile der Lamellen zuvor durch Fräsen, Bohren oder ähnlichen Operationen mit Ausnehmungen, etwa zur Aufnahme konischer Seitenringe und anderer Spannorgane zu versehen. Zur Verbesserung der Kontaktierung wird ein Teil der windungsseitigen Laufschicht abgetragen und die Windungsenden der Kommutatorwicklung werden durch Löten oder Schweißen mit der freigelegten Kupferfläche verbunden.

Erfindungsgemäß hergestellte Lamellen für Kommutatoren weisen eine wesentlich größere Festigkeit auf als vergleichbare Lamellen aus Kohlenstoff, vor allem da auf Lamellen wirkende Kräfte fast ausschließlich von dem aus Metall bestehenden Fußteil aufgenommen werden und

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in der Laufschicht Biege- und Zugspannungen praktisch ausgeschlossen sind. Das Bruchrisiko bei der Verwendung der Lamellen in Kommutatoren ist entsprechend klein. An dem Fußteil lassen sich die Windungsenden, gegebenenfalls nach Abtragen eines Teils der Laufschicht einfach und sicher befestigen und schließlich ist der Spannungsabfall zwischen der Kohlenstoff- und der Kupferschicht besonders klein.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Beispiel und durch Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 - den Längsschnitt einer erfindungsgemäßen

Lamelle,
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Fig. 2 - einen Querschnitt entsprechend Linie II in Fig. 1,

Fig. 3 - den Längsschnitt einer Lamelle mit angelöteten

Wicklungsenden,
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Fig. 4 - einen Querschnitt entsprechend Linie IV in Fig.

In den Zeichnungen ist 1 der Fußteil der Lamelle, die einen trapezförmigen Querschnitt aufweist. 2 ist die Laufschicht aus Kohlenstoff, deren Dicke nur einen Bruchteil der gesamten Lamellenhöhe beträgt. In der Darstellung nach Fig. 3+4 ist ein leii der fieiyeiegten Fläche des Fußteils sind Windungsenden 3 durch Löten befestigt.

Zum Herstellen der Lamelle wurde eine Schicht Kupferpulver mit einer Korngröße ^. 0,063 mm in ein die Form der fertigen Lamelle aufweisendes Preßgesenk gefüllt, die Oberfläche der Schicht glattgestrichen und darauf eine zweite Schicht aufgebracht, die aus einem 85 Teilen Naturgraphit mit einer Korngröße ^.0,1 mm und 15 teilen Phenolformaldehyd-Harz enthaltenden Ge-

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misch besteht. Die Schichten wurden mit einem Druck von etwa 2 bar verdichtet und der Formling bei einer Temperatur von etwa 34o°C in einer reduzierenden Atmosphäre gesintert. Die Sinterzeit betrug 6 h. Eine Trennung der Lamelle in die Schichten war nach dem Sintern ohne vollständige Zerstörung der Lamelle nicht möglich. Die an Bruchstücken gemessenen Rohdichten betrugen etwa 7,0 und 1,8 g/crrp für den Fußteil bzw. die Laufschicht.

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Claims

KvV /WiU! Patentansprüche 2923731

1. Verfahren zum Herstellen von Lamellen für einen Kommutator, die einen Fußteil aus Kupfer oder Kupferlegierungen und eine mit dem Fußteil stoffschlüssig verbundene Laufschicht aus Kohlenstoff aufweisen, dadurch gekennzeichnet , daß

a) in eine Preßform eine erste Schicht aus Kupferpulver und darüber eine zweite Schicht aus einem Kohlenstoffpulver und ein Bindemittel enthaltenden Gemisch gefüllt werden,

b) durch Verdichten der Pulverschichten ein die Form der Lamelle aufweisender Formling hergestellt wird, und

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der kupferhaltigen und der kohlenstoffhaltigen Schicht eine aus einem Gemisch von Kupferpulver und Kohlenstoffpulver bestehende Schicht angeordnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Pulverschichten durch das gleichzeitige Einwirken von Druck und Temperatur verdichtet werden.

4. Lamelle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der Laufschicht weniger als 30 % der Lamellenhöhe beträgt.

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INSPECTED

5. Lamelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Lamelle einen trapezförmigen Querschnitt aufweist.

6. Verwendung mehrerer durch Preßringe formschlüssig miteinander verbundener Lamellen nach Anspruch 1 bis 5 als Kommutatorring.

7. Verwendung von Lamellen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Laufflächen abgearbeitet und die Wicklungsenden der Kommutatorwicklung mit den freigelegten Kuperflächen elektrisch leitend verbunden sind.

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