DE3023108A1

DE3023108A1 - Kommutator und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3023108A1
Application number: DE19803023108
Authority: DE
Inventors: Satoru Baba; Makoto Yoshida
Original assignee: Aupac KK
Current assignee: Aupac KK
Priority date: 1979-07-02
Filing date: 1980-06-20
Publication date: 1981-01-15
Also published as: DE3023108C2; US4358319A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kommutator sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung, das die Massenproduktion erleichtert. Der Kommtitator weist vorgegebene elektrische Charakteristika, wie Kontaktwiderstand und -prellsignale, vorgegebene mechanische Charaktieristika, wie niedrige Reibung und geringe Bürstengeräusche, sowie eine hohe mechanische Festigkeit auf, wie dies insbesondere bei sich drehenden Maschinen erforderlich ist.

Bisher werden Kommutatoren durch Ausstanzen von Metallblech unter Verwendung einer Presse in einer vorgegebenen Form mit der erforderlichen Anzahl unterteilter Kommutatorsegmente hergestellt; mehrere derartige ausgestanzte Metallstücke v/erden zu einer vorgegebenen Dicke laminiert.

Da bei diesem Verfahren das Metallblech zunächst mit Hilfe einer Stanze zu einer vorgegebenen Querschnittsform der Kommutatorsegmente verformt wird, danach die ausgestanzten Metallstücke zur Herstellung des gewünschten Kommutators zu einer vorgegebenen Dicke laminiert werden und gegebenenfalls

weitere Verfahrensschritte vorgenommen werden, ist die Einhaltung der Toleranzen schwierig, und zwar insbesondere dann, wenn Kommutatoren für kleine Motoren oder Miniaturmotoren hergestellt werden sollen; darüberhinaus ist es außerordentlich schwierig, derartig kleine Querschnittsmuster der Kom-

mutatorsegmente durch Stanzen zu formen, so daß die Produktivität bei der Herstellung der Kommutatoren unvermeidlich niedrig ist.

Bei bekannten Herstellungsverfahren besteht darüberhinaus lediglich der Kommutator aus Metall, un-d die den Kommutator kontaktierenden Bürsten bestehen aus Kohlenstoff« Da das den

Ö083/Q8ÖQ

_j

Γ Π

Kommutator bildende· Metall· und der die Bürsten bildende Kohlenstoff verschiedene Materialhärten aufweisen und da ferner der mit den Bürsten in Kontakt stehende Kommutatorumfang langer ist als die Berührungslänge der Bürsten mit dem Kommutator, unterliegen die Bürsten beim praktischen Einsatz unvermeidlich einer außerordentlich starken Abnutzung aufgrund der Unterschiede in der Materiälhärte und der Kontaktlängen; daher ist nicht nur zum Auswechseln der Bürsten eine relativ lange Zeit erforderlich,sondern der Bürstenaustausch an sich ist unwirtschaftlich, wenn nicht sogar unmöglich, da die Lebensdauer des Motors natürlich begrenzt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorstehenden Nachteile zu vermeiden und einen Kommutator mit stabilen elektrischen und mechanischen Eigenschaften zu schaffen, der für jegliche, sich drehende elektrische Maschinen geeignet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren soll ferner in vereinfachtem Arbeitsablauf die Herstellung von Kommutatoren mit gleichförmigen Abmessungen in der industriellen Massenproduktion gestatten. Durch dieses Herstellungsverfahren sollen ferner die Kommutatoren für rotierende elektrische Maschinen sowohl stabile elektrische als auch stabile mechanische Charakteristika'erhalten. Die so in einfacher Weise hergestellten Kommutatoren weisen ferner eine hohe mechanische

Festigkeit auf.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für Kommutatoren anzugeben, bei denen der den Kommutator bildende Grundkörper durch Vorpressen eines Formmaterials aus elektrisch leitfähigem Metallpulver oder durch Vermischen dieses Metallpulvers mit Kohlenstoffpulver oder einem anderen Zusatzmaterial zum Verstärken der gewünschten elektrischen und mechanischen Charakteristika und Einfüllen in eine Gußform geformt wird; gegebenenfalls kann ferner

der Grundkörper einem Sinterungsprozeß und einer erneuten Verdichtung unterworfen werden.

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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 (A und B) Vorder- bzw. Seitenansichten zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig» 4a und ^B Vorder- bzw. Seitenansichten eines nach einer zweiten Aus führungshorn! des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Kommutators,

Fig. 5 bis 7 (A und 3) Vorder- bzw. Seitenansichten eines weiteren nach einer dritten Ausführurrgsform hergestellten Kommutators,

Fig. S bis 10 (A und B) Vorder- bzw. Seitenansichten von nach einer vierten Ausführungsform hergestellten Kommutatoren,

Fig. 11 bis 13 (A und B) Vorder- bzw. Seitenansichten von nach einer fünften Ausführungsform hergestellten Kommutatoren,

Fig. lh bis 16 (A und B) Vorder- bzw. Seitenansichten von nach einer sechsten Ausführungsform hergestellten Kommutatoren,

Fig. 17 eine perspektivische Ansicht eines elektrisch leitfähigen Hohlzylinders zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kommutators,

Fig. 18 einen Querschnitt eines anderen elektrisch leitfähigen Hohlzyliaders ähnlich dem in Fig". 17, Fig. 19 und 20 Längsschnitte modifizierter Aus führungs formen des in Fig. 15B dargestellten elektrisch leitfähigen Zylinders,

Fig. 21 einen Teillängsschnitt eines in einer rotierenden elektrischen Maschine eingebauten, erfindungsgemäßen Kommutators in flacher Ringform gemäß den. Fig. 7A, 7B oder 1OA, 1OB und

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γ -ι

Fig. 22 eine graphische Darstellung der Biegefestigkeit und des Abrieb verhältnisses des erfindungsgemäßen Kommutatorgrundkörpers .

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst elektrisch leitfähiges Metallpulver, wie Silber oder Kupfer, mit Kohlenstoffpulver (gegebenenfalls mit einem Bindemittel) und Molybdändisulfid vermischt, um dem Metallpulver bei einem bestimmten definierten Mischungsverhältnis die gewünschten elektrisehen und mechanischen Eigenschaften zu verleihen. Dieses Pulvergemisch wird zur Preßformung eines Grundkörpers des Kommutators zu der gewünschten Form, beispielsweise in Form eines Hohlzylinders oder in einer flachen Ringform, in ein Formteil eingefüllt.

Durch Einstellen der Mischungsmenge des mit dem Metallpulver zu vermischenden Kohlenstoffpulvers sowie durch Auswahl der Metallart können die gewünschten elektrischen Charakteristika (z.B. Kontaktwiderstand und -prellverhalten) sowie die mechanischen Eigenschaften (z.B. niedrige Reibung und geringes Bürstengeräusch) bei dem Kommutator erhalten werden, so daß dieser besonders geeignet ist für rotierende elektrische Maschinen, wie Elektromotoren und Dynamos.

Im Rahmen der Erfindung durchgeführte Experimente zeigen, daß bei Verwendung von Kupfer als Metallpulver und Kohlenstoffpulver als charakteristisches Verstärkungsmaterial zur Herstellung des Formmaterials die Biegefestigkeit und das Abnutzungsverhältnis des geformten Kommutatorgrundkörpers

wesentlich verbessert sind, und zwar insbesondere dann, wenn das Mischungsverhältnis zwischen Kupfer und Kohlenstoff mindestens 80 % für Kupfer und höchstens 20 % für Kohlenstoff beträgt (vgl. Fig. 22); andere Mischungsverhältnisse sind denkbar. Die Biegefestigkeit und das Abnutzungsverhältnis sind ausgezeichnet, wenn das Mischungsverhältnis 85 bis 95 % Kupfer und 15 bis 5 % Kohlenstoff beträgt.

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In Flg. 22 stellt die Kurve A die Biegefestigkeit des ge-

P formten Grundkörpers nach erneuter Verdichtung bei 3 t/cm dar; die Kurve B zeigt die Biegefestigkeit des geformten

ρ Grundkörpers nach der Formverdichtung bei 3 t/cm mit anschließender Calcinierung; die Kurve C zeigt das Abnutzungsverhältnis der oben erwähnten geformten Grundkörper, und zwar das Abnutzungsverhältnis des Kontaktabschnitts zwischen dem Kommutator und der Bürste.

Folgende experimentelle. Bedingungen wurden eingehalten:

1) Form des Grundkörpers: Zylindrischer Kommutator

2) Bürstenmaterial: Beryllium-Kupfer-Laminat

3) Abmessungen der Bürste: Breite: 3 mm, Dicke: 0,5 mm ¹S i}) Umdrehungszahl: 10 000 Min"¹

5) Strom: 500 mA

6) Spannung: 12 V

7) Schlitzzahl im Kommutator: 3

Der Ausdruck "Abnutzungsverhältnis" beschreibt die Beziehung zwischen dem Mischungsverhältnis von Kupfer (Gewichtsprozent) und der Abnutzung, wobei der Minimalwert der Abnutzung am Kontaktabschnitt zwischen dem Kommutator und der Bürste "1"

gesetzt wird.
25

Hieraus ergibt sich, daß im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Kommutatorgrundkörper lediglich aus Metall hergestellt wurde, die Abnutzung zwischen dem Kommutator und der Bürste vermindert ist, wenn Kohlenstoff dem Metall.für den Kommuta-

torgrundkörper beigemischt wird. Daher kann die entsprechende Bürste aus einem Metall (einschließlich Legierungen) anstelle aus lediglich Kohlenstoff hergestellt werden, so daß die bisher auftretende, einseitige Abnutzung der Bürste vermieden werden kann und die Lebensdauer des Kommutators in vor-

teilhafter V/eise verlängert wird.

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Bei der ersten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens (vgl. die Fig. IA bis 3B) wird das vorstehend erwähnte Metallpulvergemisch in eine nicht dargestellte Form gegeben und einer Verdichtungsverformung in einer Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene unterworfen, so daß man einen hohlzylindrischen Grundkörper 2 mit mehreren Schlitzen la, Ib und Ic erhält, die sich von der Innenwandung des Hohlraums des Grundkörpers 2 aus radial nach außen erstrecken.

Danach wird der hohlzylindrische Grundkörper 2 gesintert, eine zentrale Welle 5 durch den Hohlzylinder gesteckt und ein elektrisch isolierendes, synthetisches Harz k in den Hohlzylinder und die sich radial erstreckenden Schlitze la, Ib

und Ic eingefüllt und ausgehärtet (Fig. 2A). 15

Danach wird eine Schneidklinge mit der äußeren Urafangsflaehe des zylindrischen Grundkörpers 2 in Berührung gebracht, um diesen von seiner Außenfläche abzuschneiden bis man die Schlitze la, Ib und Ic an einer Stelle erreicht, die in Fig.

2A durch eine strichpunktierte Kreislinie angedeutet ist.

Dieses Abschneiden kann durch Drehen des Hohlzylinders 2 oder durch Bewegen der Schneidklinge 9 auf dem Umfang des Zylinders 2 erfolgen. Nach diesem Schnitt oder Abdrehen ist der zylindrische Grundkörper 2 in drei Segmente 2a, 2b und 2c un-

terteilt, die durch das elektrisch isolierende, synthetische Harz ¹I gegeneinander isoliert sind, so daß man den Kommutator erhält (Fig. 3A und 33).

Je nach den Umständen kann es zweckmäßig sein, die Oberfläche 30

des synthetischen Harzes 4, die gewöhnlich mit der Oberfläche

der Kommutatorsegmente bündig ist, niedriger als die Oberfläche der Segmente 2a, 2b und 2c auszubilden, indem das elektrisch isolierende, synthetische Harz 4 von den Schlitzen la, Ib und Ic auf die erforderliche Tiefe nach dem vor-35

stehend erwähnten Schnitt abgetragen oder abgekratzt wird.

Dies dient zur Vermeidung von Nachteilen, die sich aufgrund

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von Reibungsdifferenzen zwischen dem synthetischen Harz 4 in den Schlitzen la, Ib und Ic und den Segmenten 2a, 2b und 2c auftreten können.

Da der erfindungsgemäße Kommutator in der vorstehend erläuterten Weise hergestellt wird, werden die Segmente 2a, 2b und 2c bei dem Schnitt des zylindrischen Grundkörpers 2 geformt, so daß die Bearbeitung vereinfacht wird; außerdem kann der Kommutator, der gleichförmige Abmessungen aufweist, in einfächer Weise durch industrielle Massenproduktion hergestellt werden. Da ferner Kohlenstoff dem Grundkörper 2 zur Ausbildung der Segmente 2a, 2b und 2c beigemischt werden kann, vermindern sich die Reibung und das thermische Verschmelzen zwischen dem Kommutator und der Bürste auf einen minimal mögli-

^ chen Wert. Dadurch erzielt man geringe Bürstengeräusche, und der elektrische Kontakt zwischen dem Kommutator und der Bürste wird stabilisiert. Darüberhinaus ergeben sich weitere Vorteile: Die Signalprellung der Kontakte ist gering, die elektrische Funkenbildung aufgrund eines instabilen Kontakts zwischen

dem Kommutator und der Bürste ist vermindert, und die Lebensdauer der Bürste wird dadurch verlängert. Ferner kann, wie vorstehend erwähnt, durch Beimischen von Kohlenstoff zu dem Kommutatorgrundkörper je nach den Eigenschaften der vorgesehenen rotierenden elektrischen Maschine eine Bürste verwen-

det werden, die aus Metall ohne Einschluß von Kohlenstoff besteht.

Gemäß den Fig. 3A und 3B können die Enden von Windungen 6 von der Seite der rotierenden elektrischen Maschine in Hohl-

räumen 3a, 3b und 3c befestigt werden, die innerhalb des Endabschnitts jedes Segments 2a, 2b und 2c ausgebildet sind; diese Befestigung kann beispielsweise mit Hilfe eines Klebstoffs oder durch Löten erfolgen. Bei der in den Fig. ^A und kB

dargestellten Ausfuhrungsform sind kleine Ösen oder Anschlüs-35

se 7 zur Befestigung der Enden der Windungen 6 am Rand jedes der Segmente 2a, 2b und 2c vorgesehen, und jedes Windungsende

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wird zwischen, die Befestigungslaschen 7 gebracht, die dann verklemmt werden. Wenn gemäß Fig. 4B die Befestigungslaschen 7 an beiden Rändern der Kommutatorsegmente 2a, 2b und 2c vorgesehen sind, so kann der Kommutator in vorteilhafter Weise entweder links oder rechts an der rotierenden elektrischen Maschine angeordnet' werden.

Nachstehend wird eine weitere Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kommutators mit Bezug auf die Fig. 5A bis 7B erläutert. Unter Verwendung des gleichen Formmaterials aus einem Metallpulvergemisch wie bei der vorstehend erläuterten Ausführungsform wird eine wulstförmige, elektrisch leitfähige Ringplatte 10 in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 5A und 5B preßgeformt. Diese Ringplatte 10 weist mehrere radiale Schlitze 10a, 10b und 10c in ihrer einen Seitenfläche, mehrere Anschlüsse 12a, 12b und 12c für Anschlußdrähte sowie Vorsprünge l4a, 14b und 14c auf der inneren Umfangsfläche der Ringplatte gegenüber den Anschlüssen 12a, 12b un^d 12c auf, die wiederum von der äußeren Umfangsfläche der Ringplatte 10 zwischen den. radialen Schlitzen 10a, 10b und 10c abstehen.

Nach dem Sintern der Ringplatte 10 wird diese gegebenenfalls in der gleichen Form erneut verdichtet, um die mechanische

Festigkeit und Materialhärte der Ringplatte 10 zu erhöhen. Danach wird die Ringplatte 10 mit elektrisch isolierendem, synthetischem Harz beschichtet, das die äußere Umfangsfläche umgibt und den mittleren Hohlraum und die radialen Schlitze derart ausfüllt, daß mindestens eine Oberflächenseite der

Ringplatte 10 gegenüber der Oberflächenseite, in der die radialen Schlitze ausgebildet sind, bis zu einem gewissen Grade nach außen freiliegt. Dadurch erhält man ein Lager 16 aus synthetischem Harz (Fig. 6A und 6B).

Danach wird die freiliegende Fläche der Ringplatte 10 bis zur

Ι— ηοηηοίΑΛΛΛΛ —1

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Stelle t in Fig. OB abgeschnitten (z.B. abgedreht), so daß man die Schlitze 10a, 10b und 10c auf der gegenüberliegenden Oberflächenseite der Platte 10 erreicht; dadurch wird diese Platte in mehrere Kommutatorsegmente 101, 102 und 103 unterteilt, und man erhält den gewünschten Kommutator (Fig. 7A und 7B). Während, bei der dargestellten Aus führ ungs form die gesamte freiliegende Fläche der Ringplatte 10 bis zur Stelle t abgeschnitten wird, ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, daß lediglich der den Schlitzen 10a, 10b und 10c gegenüberliegende Abschnitt nutförmig ausgeschnitten wird.

Da bei der Ausführungsform der Fig. 5A bis 7B die äußere Umfangsfläche (außer dem Abschnitt, wo die Anschlüsse für die

¹^ Anschlußdrähte vorgesehen sind), die innere Umfangsfläche sowie die innen liegenden Vorsprünge I¹Ja, 14b und 1^c der Ringplatte 10 mit dem Lager 16 aus synthetischem Harz abgedeckt und die Schlitze 10a, 10b und 10c durch das synthetische Harz ausgefüllt sind, das mit dem Lager 16 einstückig ist, ergibt

* sich eine starre Verbindung zwischen den Kommutatorsegmenten 101, 102 und 103 und dem Lager 16.

Bei der mit den Fig. 8A bis 103 dargestellten Ausführungsform wird die wulstförmige, elektrisch leitfähige Ringplatte

10 durch Preßformen des gleichen Formmaterials wie.bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5A bis 7B erhalten. Diese Ringplatte 10 weist mehrere Anschlüsse 12a, 12b und 12c für Anschlußdrähte auf ihrer äußeren umfangsfläche sowie innere Vorsprünge l4a, I¹Ib und 14c auf ihrer inneren Umfangsflä-

ehe auf; die äußeren Umfangsflächeη zwischen den Anschlüssen 12a, 12b und 12c sind so geformt, daß sie eine geneigte Fläche 30 bilden (Fig. 8A und 8B). Diese Ringplatte 10 ist auf ihrer äußeren Umfangsfläche mit einem Lager 16 aus elektrisch

isolierendem, synthetischem Harz umgeben, und ihr hohles Mi t-35

telteil ist mit dem gleichen Material und in der gleichen Weise wie bei den Fig. 6A und 6B ausgefüllt (Fig. 9A und 9B).

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Danach werden mehrere radiale Schlitze l6a, 16b und I6c auf der freiliegenden Oberfläche der Ringplatte IO bis zu einer Dicke ausgeformt, so daß das die gegenüberliegende Oberflächenseite abdeckende Lager 16 erreicht und dadurch die Ringplatte 10 in mehrere Kommutators egemente 101, 10-2 und 103 unterteilt wird, um den gewünschten Kommutator zu erhalten (Pig. 1OA und 10B).

Da bei der vorstehenden Ausführungsform gemäß den Fig. 8A bis 1OB die inneren und die äußeren Umfangsflächen (insbesondere die Umfangsfläche mit der geneigten Fläche 30) sowie die inneren Vorsprünge l4a, 14b und 1^c gut abgedeckt und mit dem Lager 16 aus synthetischem Harz ausgefüllt sind, erhält man eine starke Verbindung zwischen den Kom-¹^ mutatorsegmenten 101, 102 und 103. Da ferner die Schlitze l6a, l6b und l6c zwischen den benachbarten KommutatorSegmenten 101, 102 und 103 ausgebildet sind, können jegliche Nachteile auf-■ grund des Reibungsunterschiedes zwischen den Kommutatorseg-

menten und dem Lager aus synthetischem Harz vermieden werden. 20

Bei der in Verbindung mit den Fig. HA bis 13B erläuterten weiteren Ausführungsform wird ein elektrisch leitfähiger Zylinder 10 durch Preßformen des gleichen Materials wie bei den Fig. 5A bis 7B hergestellt. Dieser elektrisch leitfähige Zylinderkörper 10 weist mehrere Anschlüsse 12a, 12b und 12c für Anschlußdrähte auf seiner äußeren Umfangsfläche sowie innere Vorsprünge l4a, I¹Jb und 14c auf seiner inneren Umfangs fläche auf.

Nach dem Sintern dieses Zylinderkörpers 10 wird er einstückig mit einem Lager 16 aus elektrisch isolierendem, synthetischem Harz derart verbunden, daß mindestens seine eine Oberflächenseite (äußere Umfangsfläche) freiliegt (Fig. 12A und

12B).
35

Danach werden der Zylinderkörper 10 parallel zu seiner Achse

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von seiner freiliegenden äußeren Umfangsfläche bis zu einer Tiefe eingeschnitten, bei der man das Lager 16 aus synthetischem Harz erreicht, um mehrere Schlitze l6a, l6b und l6c auf dem Umfang des Zylinderkörpers 10 zu bilden; dadurch wird der Zylinderkörper 10 in mehrere Kommutatorsegmente 101, 102 und 103 unterteilt, und man erhält den Kommutator (Pig. 13A und 13B).

Da bei der in den Fig. HA bis 133 dargestellten Ausführungsform die inneren Vorsprünge I¹Ja, I¹Ib und 14c mit dem Lager aus synthetischem Harz einstückig verbunden sind, erhält man eine starke Verbindung zwischen den Kommutatorsegmenten 101, 102 und 103 und dem Lager 16. Ferner berührt bei den Ausführungs formen gemäß Fig. 5A bis 7B sowie der Fig. 8A bis 1OB eine Bürste 20 die Kommutatorsegmente in einer zur Achse senkrechten Ebene (vgl. den/Fig. 21 dargestellten Motor), während bei der Ausführungsform gemäß den Fig. HA bis 13B die Bürste die Kommutatorsegmente in einer zur Achse parallelen

Ebene schneidet.
20

Derartige Kommutatoren können im industriellen Maßstab durch Massenproduktion hergestellt werden und weisen die gewünschten elektrischen und mechanischen Eigenschaften auf, die für rotierende elektrische Maschinen, wie Elektromotoren und Generatoren, erforderlich sind. Ferner kann durch Zumischen von Kohlenstoff zum Formmaterial für den Kommutatorgrundkörper die Bürste, die den Kommutator berühren soll, vollständig aus Metall hergestellt werden.

Die Windung an der Seite der rotierenden elektrischen Maschine ist an den Anschlüssen 12a, 12b und 12c durch einen elektrisch leitfähigen Klebstoff, durch Löten oder dergleichen, befestigt. Gemäß den Fig. 5A bis 13B ist durch die zentrale Bohrung 18 in dem Lager l6 aus synthetischem Harz eine Drehwelle 35

18a gesteckt.

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Γ Π

Bei der in den Fig. l4A bis l6B dargestellten Aus füh rungs form, wird das gleiche Formmaterial aus dem Metallpulvergemisch wie bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen in eine nicht dargestellte Form eingefüllt und unter Druck geformt, der in Richtung der Pfeile in Fig. l4B ausgeübt wird; dadurch erhält man einen elektrisch leitfähigen, hohlen Zylinderkörper 40 mit konischer Fläche 42 an seinen beiden Enden, so daß sich die Dicke der Rohrwandung zum Rand des Zylinderkörpers 40 hin vermindert.
10-

Nach dem Sintern des Zylinderkörpers 40 in einem nicht dargestellten Sinterofen wird der Zylinderkörper gegebenenfalls in der Form erneut verdichtet, um seine mechanische Festigkeit und Materialhärte zu erhöhen. Danach wird ein elektrisch 15

isolierendes, synthetisches Harz in den Hohlraum des Zylinderkörpers eingefüllt, um die abgeschrägte Fläche 42 an den beiden Enden des Zylinderkörpers 40 zu verdecken; anschließend erfolgt die Verfestigung des Harzes · und man erhält das Lager 44 (Fig. 15A und 15B).

Danach werden mehrere Schlitze 46a, 46b und 46c so tief durch eine nicht dargestellte Vorrichtung in der äußeren ümfangsfläche des elektrisch leitfähigen Zylinderkörpers 40 parallel zu dessen Achse abgeschnitten, bis man das Lager 44 aus synthetischem Harz erreicht; dadurch wird der Zylinderkörper 40 in mehrere Abschnitte 40a, 40b und 40c unterteilt,, deren gegenseitige Abstände im wesentlichen gleich sind. Diese unterteilten Abschnitte bilden die KommutatorSegmente und dadurch den gewünschten Kommutator (Fig. l6A und

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist das Ende jedes Anschlußdrahtes von der Seite der rotierenden elektrischen Maschine direkt an dem entsprechenden Kommutätorsegment beispielsweise mittels Lötmasse oder elektrisch leitfähigem Klebstoff befestigt. Die Verbindung des Abschlußdrahtes mit dem Kommutatorsegment wird jedoch er-

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Γ Π

leichtert, falls mehrere Anschlüsse 50a, 50b und 50c zum Befestigen des Anschlußdrahtes beim Pormvorgang in im wesentlichen gleichen Abständen auf dem äußeren Umfangsrand des Zylinderkörpers 40 in der gleichen Anzahl einstückig ausgebildet werden wie die der Kommutatorsegmente gemäß den Fig. 17 und 18. We ηη in diesem Fall die Anschlüsse 50a, 50b und 50c die gleiche Länge wie der Zylinderkörper 40 aufweisen (vgl. die strichpunktierten Linien in Fig. 17), wird die Herstellung der Form erleichtert, falls der strichpunktierte Abschnitt herausgeschnitten wird und lediglich der mit durchgezogener Linie dargestellte Abschnitt verbleibt.

Wenn gemäß Fig. 18 mehrere Radialschlitze 44a, 44b und 44c in im wesentlichen gleichen Abständen von der inneren Umfangsfläche des elektrisch leitfähigen Zylinderkörpers 40 aus ausgebildet werden, so kann das elektrisch isolierende, synthetische Harz 44 ebenfalls in diese Schlitze eingefüllt werden und dort verfestigen, so daß die Integration zwischen den Kommutatorsegmenten 40a, 40b und 40c und dem Lager 44

aus synthetischem Harz auch nach Teilung des elektrisch leitfähigen Zylinderkörpers 40 im Vergleich zur Ausführungsform gemäß den Fig. l4A bis l6B verstärkt werden kann. In diesem Fall können die Schlitze 46a, 46b und 46c, die den elektrisch leitfähigen Zylinder 40 unterteilen, von der Außenfläche des

Zylinderkörpers zu den vorstehend erwähnten Schlitzen 44a, 44b und 44c hin ausgebildet werden-

Zur Ausformung der dicken Wandungsabschnitte an den beiden Enden des elektrisch leitfähigen Zylinderkörpers 40 zur BiI-

dung der konisch geneigten Fläche, wird die äußere Umfangs-

fläche des Zylinderkörpers mit einer Schneidklinge wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 14a abgezogen. Außerdem werden gemäß' Fig. 19 in einen Teil des dicken Wandungsabschnitts an beiden Enden des Zylinderkörpers 40 von dessen 35

innerer Umfangsfläche her Nuten 50 eingeschnitten, um die konisch geneigte Fläche 42a zu erhalten.

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Ferner kann der elektrisch leitfähige Zylinderkörper 40 am einen Ende gemäß Fig. l4B und am anderen Ende gemäß Fig. 19 ausgebildet sein (vgl. Fig. 20).

Die Welle 48a kann in den Zylinderkörper 40 dadurch eingepaßt werden, daß man sie entweder vorher durch den Zylinderkörper steckt und danach durch Einfüllen und Verfestigen des elektrisch isolierenden synthetischen Harzes fixiert, oder daß man durch den Zylinderkörper nach der Ausbildung des Kommutators eine Mittelbohrung bohrt, durch die die Welle 48a hindurchgesteckt und mit einem Klebstoff befestigt wird.

Der so einfach und leicht hergestellte erfindungsgemäße Kommutator weist selbst bei der Massenherstellung im industriellen Maßstab gleichmäßige Abmessungen auf. Der dicke Wandungsabschnitt an den beiden Enden der Kommutatorsegmente ist ausreichend mit elektrisch isolierendem synthetischem Harz für das Lager 44 abgedeckt, so daß die Verbindung zwischen diesen fest ist. Daher werden die Kommutatorsegmente 40a, 40b und 40c bei der Verwendung des Kommutators durch die Zentrifugalkraft nicht von dem Lager 44 abgelöst, so daß der Kommutator über eine lange Betriebszeit hinweg stabil bleibt.

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Claims

VOSSiUS -VOSSlUS TAUCHNER KEU N EMA NN -RAUH

PATENTANWÄLTE

ο η ο ο «ι η β

SIEBERTSTRASSE 4 ■ 8000 MÜNCHEN 86 ■ PHONE: (O 8 9) 47 4 O 75 CABLE: BENZOLPATENT MDNCHEN -TELEX S - 29 45 3 VOPAT D

u.Z.: P 693 (He/ko)

Case: 0O₃O-MG . ²⁰- ^{Junl 198}°

AUPAC K.K.
Tokyo, Japan
10

¹¹ Kommutator und Verfahren zu dessen Herstellung "

Priorität: 2. Juli 1979, Japan, Nr. 83 609/79

21. Februar 1930, Japan, Nr. 19 720/80

Patentansprüche

l.y Verfahren zur Herstellung eines Kommutators, g e -

ennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte :
a) Zubereiten von Formmaterial,

b) Einbringen des Formmaterials in eine Form,

c) Preßformen des Formmaterials in der Form zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Ringkörpers,

d) Sintern des preßgeformten Ringkörpers,

e) Beschichten des elektrisch leitfähigen Ringkörpers mit einem elektrisch isolierenden, synthetischen Harz zur Ausbildung eines Lagers, wobei eine Oberflächenseite des Ringkörpers in diesem Umfang frei liegt, und

f) Ausbilden mehrerer radialer Schlitze in im wesentlichen

gleichen Abständen von der Seite der freiliegenden Fläche des Ringkörpers her bis zu einer Tiefe, bei der das elek-

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ORIGINAL INSPECTED

trisch isolierende, synthetische Harz für das Lager erreicht wird, so daß der elektrisch leitfähige Ringkörper in mehrere Segmente für den Kommutator unterteilt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte, elektrisch leitfähige Ringkörper in der Form erneut verdichtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der preßgeformte, elektrisch leitfähige Ringkörper eine äußere ümfangsfläche aufweist, die zu der Seitenfläche hingeneigt ist, wo der Ringkörper mit dem Lager aus elektrisch isolierendem, synthetischem Harz, versehen ist.
4. Verfahren zur Herstellung eines Kommutators, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Zubereiten eines Formmaterials,

b) Einbringen des Formmaterials in eine Form,

c) Preßformen des Formmaterials in der Form zur Ausbildung

eines elektrisch leitfähigen Hohlzylinders,

d) Sintern des preßgeformten Hohlkörpers,

e) Einfüllen eines elektrisch isolierenden, synthetischen Harzes, in den Hohlraum, um ein Lager mit dem Zylinderkörper einstückig auszubilden, und

f) Ausbilden mehrerer Nuten in dem elektrisch leitfähigen

Hohlzylinder von der äußeren Umfangsfläche her bis zur Tiefe des Lagermaterials und parallel zur Zylinderachse, um den Zylinderkörper in mehrere Abschnitte zu unterteilen, die die Kommutatorsegmente bilden. 30
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der.geformte elektrisch leitfähige Hohlzylinder mehrere radiale Schlitze aufweist, die sich von der Innenfläche in dem Zylinderkörper etwa halbwegs erstrecken, und daß das elektrisch isolierende, synthetische Harz, auch die radialen Schlitze

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Γ Π

_ 3 —

ausfüllt, um die starre Verbindung mit dem Zylinderkörper zu erhöhen.
6. Verfahren zur Herstellung eines Kommutators, gekennzeichnet durch die folgenden Ve rfahrensschritte:

a) Zubereiten eines _t Formmaterials,

b) Einbringen des Formmaterials in eine Form,

• c) Preßformen des Formmaterials in die Form zur Ausbildung eines elektrisch leitfähigen Hohlzylinders, dessen Wandung an den beiden Enden nach außen abgeschrägt ist,

d) Sintern des preßgeformten Hohlzylinders,

e) Einfüllen von elektrisch isolierendem, synthetischem Harz, in den Hohlraum des Hohlzylinders, so daß die nach außen abgeschrägte Umfangsfläche abgedeckt ist und ein einstükkiges Lager bildet, und

f) Ausbilden mehrerer radialer Nuten in dem Hohlzylinder bis zur Tiefe des elektrisch isolierenden, synthetischen Harzes für das Lager in im wesentlichen gleichen Abständen von der äußeren Umfangsfläche des Zylinders, um diesen in mehrere Segmente für den Kommutator zu unterteilen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen abgeschrägte Umf angsfläche an den beiden Enden des Hohlzylinders an der inneren Umf angs fläche ausgebil-

det ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6_S dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen abgeschrägte Umfangsfläche an einem Ende des Hohlzylinders an der äußeren Umfangsfläche und am anderen

Ende an der inneren Umfangsfläche ausgebildet ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche k bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte, elektrisch leitfähige Hohlzylinder in der Form erneut verdichtet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch

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Γ . Π

gekennzeichnet, daß das Formmaterial aus elektrisch leitfähigem Metallpulver besteht.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Formmaterial aus einem Gemisch aus

einem elektrisch leitfähigen Metallpulver und einem Zusatzpulver besteht, um die vorgegebenen elektrischen und mechanischen Eigenschaften des erhaltenen Kommutatorgrundkörpers zu erhöhen.
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12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzpulver aus Kohlenstoff und/ader Molybdändisulfid besteht.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daS das Formmaterial mindestens 80 % -Kupfer und höchstens 20 % Kohlenstoff enthält.
1*1. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß das Formmaterial 85 bis 95- % Kupfer und 15 bis 5 % Kohlenstoff enthält.
15. Kommutator, erhältlich durch das Verfahren nach einem

der Ansprüche 1 bis 14.
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