DE3131759C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kommutator, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist, sowie auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Bei einem üblichen Motor-Kommutator ist die Abgabe von Öl an den Kommutator erwünscht, um die Erzeugung eines Fein-Lichtbogens zu vermeiden, der auf die Berührung und Trennung, das heißt auf die Verbindung und Trennung der Kommutatorsegmente mit einer Bürste zurückgeht. Diese Vor­ gänge wiederholen sich durch die Oberflächenveränderung infolge einer Oxidation, einer Sulfidbildung, und so weiter auf den Kontaktoberflächen der Kommutatorsegmente und der Bürste, infolge des Abriebs der betreffenden Elemente, und so weiter. Im Falle des Vorhandenseins von Überzugsöl auf dem Kommutator wird in dem Fall, daß ein Ölfilm auf der Kontaktoberfläche zwischen den Kommutatorsegmenten und der Bürste erzeugt wird, der elektrische Kontakt zwischen den betreffenden Elementen zerstört oder verschlechtert. Um diesen Nachteil zu vermeiden, sind bei einigen Kommu­ tatorenarten feine konkav-konvexe Oberflächen in der Oberfläche des jeweiligen Kommutatorsegments gebildet worden, um den Effekt eines Ölvorrats in den konkaven Segmentbereichen zu erzielen, während der gute elektrische Kontakt der Kommutatorsegmente mit der Bürste beibehalten wird. Im allgemeinen sind die in den Oberflächen der Kommutatorsegmente des Kommutators gebildeten konkav- konvexen Flächen in einer solchen Art und Weise vorgesehen, daß ein Sandpapier-Reibrad oder dergleichen mit dem Kommutator auf seiner Oberfläche in Kontakt gelangt und daß diese Elemente dann relativ zueinander gedreht werden, um die Oberfläche des Kommutators oder seiner Segmente abzuschleifen. Demgemäß wird die konkav-konvexe Oberfläche auf jedem der Kommutatorsegmente des betreffenden Kommutators zu einem konkav-konvexen Teil mit einem linienförmigen Muster, welches sich in Drehrichtung zu der Endkante des jeweiligen Kommutatorsegments hin er­ streckt, so daß an der Endkante des jeweiligen Kommuta­ torsegments durch den Dreh-Schleifvorgang Grat oder ein sogenannter Bart gebildet werden. Wenn der Motor läuft, blättern die Gratteile von den Kommutatorsegmenten ab und rufen einen Kurzschluß zwischen den Kommutatorsegmenten hervor. Demgemäß ist bei den bisher üblichen Anordnungen ein Verfahren erforderlich, um die Gratteile von der Endkante der Kommutatorsegmente zu entfernen. Dabei wird der Arbeitsvorgang der Entfernung der Gratteile unter Verwendung eines Mikroskops ausgeführt, wenn der Motor ein Mikro-Motor geringer Größe ist. Demgemäß zeigen solche Gleichstrommotoren eine mäßige Verarbeitungsfähigkeit, weshalb solche Motoren sich nicht für die Massenproduktion eignen.

Es ist nun auch schon ein Verfahren zur Beschichtung der Lauffläche von Schleifringen aus rostfreiem Stahl für elektrische Maschinen mit einem die Laufeigenschaften ver­ bessernden, elektrisch gut leitenden Überzug bekannt (DE-AS 19 61 788). Bei diesem Verfahren wird die Lauffläche durch Feinsandstrahlung gleichmäßig fein aufgerauht, und die dadurch entstandenden Unebenheiten werden selbsttätig mit Bürstenabrieb gefüllt, so daß eine lückenlose Bedeckung der Lauffläche mit Abrieb erhalten wird. Damit eignen sich diese Schleifringe aber nicht als Kommutatoren, die Öl festhalten können sollen und die zugleich den elektrischen Kontakt mit Bürsten gewährleisten.

Es ist ferner ein Kommutator mit eingedrehten schrauben­ linienförmigen Rillen bekannt (DE-PS 5 73 640), die indessen ebenfalls nicht geeignet sind, Öl festzuhalten und zugleich den elektrischen Kontakt mit einer Bürste zu gewährleisten.

Überdies ist ein Kollektor bekannt (AT-PS 1 26 720), dessen Lauffläche wesentlich in der Bürstenschleifrichtung verlau­ fende Rillen enthält. Damit vermag auch dieser bekannte Kollektor kein Öl festzuhalten und zugleich den elektrischen Kontakt mit einer Bürste zu gewährleisten.

Es sind schließlich auch schon elektrische Kommutatoren bekannt (GB-PS 14 95 938), die jeweils eine Kontaktfläche mit zumindest zwei verschiedenen diskreten Kontaktbereichen aufweisen, die so angeordnet sind, daß dann, wenn eine Bürste sie berührt, die Stromzweige zwischen der Bürste und den betreffenden Bereichen unterschiedliche Widerstands­ werte aufweisen. Diese Maßnahmen genügen jedoch ebenfalls nicht, um einen Kommutator zu schaffen, der Öl festhalten kann und der zugleich den elektrischen Kontakt mit einer Bürste gewährleistet.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, wie auf relativ einfache Weise ein Kommutator zu schaffen ist, der Öl festhalten kann und der zugleich den elektrischen Kontakt mit einer Bürste gewährleistet.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einem Kommutator der eingangs genannten Art durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Maßnahme.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß auf relativ einfache Weise ein Kommutator geschaffen ist, der Öl sicher festhalten kann und der zugleich den elektrischen Kontakt mit einer Bürste gewährleistet.

Zweckmäßige Weiterbildungen des Kommutators gemäß der Er­ findung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 und 3.

Zur Herstellung eines Kommutators gemäß der Erfindung dient vorzugsweise ein Verfahren, wie es im Anspruch 4 angegeben ist.

Zweckmäßige Weiterbildungen des vorstehend bezeichneten Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen 5 bis 9.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nach­ stehend beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Motors für die Erläuterung der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt in einer Perspektivansicht und in einem vergrößerten Maßstab ein Ausführungsbeispiel des Kommutators für die Verwendung in einem Motor gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Vorrichtung, mit der das Verfahren gemäß der Erfindung ausgeführt wird.

Um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, wird zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein Gleichstrommotor beschrieben, bei dem die vor­ liegende Erfindung anwendbar ist.

In Fig. 1 ist ein Stator 1 eines Gleichstrommotors gezeigt, der einen Rotor 2 aufweist. In diesem Fall besteht der Stator 1 aus Feldmagneten 3, deren jeder eine zylindrische Form aufweist. Ferner sind ein Joch 4 und ein Lagerbehälter 9 vorgesehen, der Lager 7 und 8 für die drehbare Aufnahme einer rotieren­ den Welle 6 des Rotors 2 aufweist. Der Rotor 2 umfaßt einen Kommutator 10, welcher an der rotierenden Welle 6 des Motors angebracht ist. Ferner ist eine Spule 11 vorgesehen, die drehbar zwischen den Feldmagneten 3 und dem Joch 4 des Stators angeordnet ist. Der Kommutator 10 besteht aus einer Vielzahl, beispiels­ weise aus fünf Kommutatorstäben oder -segmenten 12, die zusammenhängend in einem Harzformkörper 13 eingebettet sind, und zwar unter einem gleichen Winkelabstand um die Mittelachse der rotierenden Welle 6. Jedes der Kommutatorsegmente 12 (in Fig. 1 ist lediglich ein Kommutatorsegment 12 angedeutet) ist mit seinem Umfangsteil zum Teil in einem Umfangsteil eines Wellenteiles 13 a des Harzformkörpers 13 freigelegt.

Die so freigelegten Umfangsteile der Kommutatorsegmente 12 befinden sich auf einer gemeinsamen Zylinderfläche. Eine Bürste 14, die an der feststehenden Seite oder Statorseite vorgesehen ist, berührt den Kommutator 12, und zwar an ausgewählten Stellen in Abhängigkeit von der Drehwinkelstellung des Rotors 2.

Bei einem derartigen Motor-Kommutator ist die Abgabe von Öl an den Kommutator erwünscht, um die Ausbildung eines feinen Lichtbogens zu vermeiden, der auf die Berührung und Trennung, d.h. auf das wiederholte Einschalten und Ausschalten der Kommutatorsegmente 12 in Verbindung mit der Bürste 14, auf die Oberflächen­ veränderung durch die Oxidation, durch die Sulfid­ bildung u.s.w. auf den Kontaktflächen der Kommutatorsegmente 12 in Verbindung mit der Bürste 14, auf den Abrieb der betreffenden Elemente u.s.w. zurückgeht. Im Falle des Vorhandenseins von Überzugsöl auf dem Kommutator 10 wird dann, wenn ein Ölfilm auf der Kontaktfläche zwischen den Kommutatorsegmenten 12 und der Bürste 14 hervorgerufen wird, der elektrische Kontakt zwischen den Elementen zerstört oder ver­ schlechtert. Um diesen Nachteil bei einer solchen Art von Kommutator zu vermeiden, sind feine konkav- konvexe Flächen in der Oberfläche der Kommutator­ segmente gebildet. Diese konkav-konvexen Flächen rufen die Wirkung eines Ölbehälters in ihren konkaven Bereichen hervor, wodurch der gute elektrische Kontakt der Kommutatorsegmente 12 mit der Bürste aufrecht­ erhalten wird. Im allgemeinen sind die konkav-konvexen Flächen in der Oberfläche der Kommutatorsegmente 12 des Kommutators 10 in einer solchen Art geschaffen, daß ein Sandpapier-Schleifrad oder dergleichen mit dem Kommutator 10 auf dessen Oberflächen in Kontakt gebracht wird und daß die betreffenden Elemente dann relativ zueinander gedreht werden, um die Oberfläche des Kommutators 10 oder seiner Segmente 12 abzu­ schleifen. Demgemäß wird die konkav-konvexe Ober­ fläche auf jedem Kommutatorsegment zu einem konkav- konvexen Bereich mit einem linienförmigen Muster, das sich in Drehrichtung zu der Endkante des jeweiligen Kommutatorsegmentes hin erstreckt, so daß Grat oder ein sog. Bart an der Endkante des jeweiligen Kommu­ tatorsegments durch den Drehabrieb gebildet wird. Wenn der Motor läuft, dann blättern die Gratteile von den Kommutatorsegmenten ab und rufen Kurzschlüsse zwischen den Kommutatorsegmenten hervor. Demgemäß ist ein solches Verfahren erforderlich, das die Grat­ teile von der Endkante der Kommutatorsegmente ent­ fernt. Dabei läuft jedoch die Arbeit zur Entfernung der Gratteile zu einem Verfahren aus, welches unter Verwendung eines Mikroskopes ausgeführt wird, wenn der Motor ein Mikromotor von kleiner Größe ist. Der Gleichstrommotor zeigt somit eine nennenswert geringe Verarbeitbarkeit und ermüdet einen Arbeiter, was, wie erwähnt, einer der Gründe ist, die der Massenproduktion derartiger Motoren im Wege stehen.

Wie oben angegeben, ist gemäß der vorliegenden Er­ findung für einen Gleichstrommotor ein Kommutator geschaffen, der frei ist von den Nachteilen, die den bisher verwendeten Kommutatoren anhaften, und der geeignet ist für die Massenproduktion. Der betreffende Kommutator zeichnet sich durch die Funktion aus, Öl hinreichend festzuhalten oder einen Ölbehälter zu bilden. Darüber hinaus gewährleistet er den guten elektrischen Kontakt der Kommutatorsegmente mit der Bürste.

Ein Ausführungsbeispiel des Motor-Kommutators gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben werden. In Fig. 2 ist der Kommutator für die Verwendung in einem Motor gemäß der vorliegenden Erfindung generell mit 20 bezeichnet. Dieser Kommutator wird beispielsweise anstelle des Kommutators 10 des im Zusammen­ hang mit Fig. 1 beschriebenen kleinen Gleichstrom­ motors verwendet.

Als Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl, beispiels­ weise fünf Kommutatorsegmente 22 (entsprechend den Kommutatorelementen 12 gemäß Fig. 1) in einem Harzform­ körper 23 eingebettet, der aus einem thermoplastischen Harz besteht, welches mit Glasfasern, wie mit Fasern aus Polybutyralterephthalat vermischt ist, und zwar auf die Formung hin, um den Kommutator 20 zu bilden. Auf der Kontaktoberfläche jedes der Kommutatorseg­ mente 22 mit der Bürste 14 (siehe Fig. 1), d.h. mit der äußeren Umfangsfläche des jeweiligen Kommutator­ segmentes 22, welches auf der Umfangsfläche eines Wellenteiles 23 a frei liegt (entsprechend dem Umfangs­ teil 13 a gemäß Fig. 1) des Formkörpers 23 (der dem Formkörper 13 gemäß Fig. 1 entspricht) ist eine rauhe Oberfläche durch eine Anzahl von Eindruckstellen 24 gebildet und zwar durch eine Anzahl von kleinen Partikeln, wie kugelförmigen Partikeln in der be­ treffenden oberen Oberfläche des jeweiligen Kommu­ tatorsegmentes 22.

Nunmehr sei auf Fig. 3 Bezug genommen, anhand der ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens erläutert wird, gemäß dem eine Anzahl der Eindruckstellen 24 auf der Oberfläche des Kommutators 22 gemäß der vor­ liegenden Erfindung erzielt wird. Wie in Fig. 3 veranschaulicht, ist der Kommutator 20, der durch Einbetten einer Vielzahl von Kommutatorsegmenten 22 in dem Harzformkörper 23 gebildet wird, wie dies in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben worden ist, an der rotierenden Welle 6 des Rotors 2 des Motors ange­ bracht, und sodann läßt man eine Anzahl von kleinen Partikeln, wie kugelförmigen Partikeln, die bei­ spielsweise durch Glaskugeln gebildet sind, auf der Umfangsfläche des Kommutators 20 auftreffen. Derartige Glaskugeln sind in chemischer Hinsicht stabil und weisen eine geeignete Härte auf. Die Kugeln bzw. kugelförmigen Partikeln werden durch eine Düse 25 auf die betreffende Umfangsfläche des Kommutators 20 in einem Strahlstrom abgegeben. Demgemäß werden die obigen Einschlag-Eindruckstellen 24 gebildet. In Fig. 3 ist eine Strahlvorrichtung mit 26 bezeichnet, welche kugelförmige Partikeln 25′, wie Glaskugeln, von einer Glaskugelquelle 27 her an die Düse 25 unter einem bestimmten Druck, beispielsweise mit 1 kg/cm² abgibt. Der Druck stammt dabei von Druckluft, die an die betreffende Vorrichtung 26 von einer Druckluftquelle 28 abgegeben wird.

Durch die Strahlabgabe einer Anzahl von kugelförmigen Partikeln 25′ an den Kommutator 20 oder an die Kommutatorsegmente 22, und zwar auf deren Umfangs­ flächen, wird eine Anzahl von Eindruckstellen 24 in der Umfangsfläche des jeweiligen Segmentes 22 gebildet, und zwar jeweils weitgehend halbkugelförmi­ ge Eindruckstellen, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben worden ist. In diesem Fall hängt die Größe oder die Form der halbkugelförmigen konkaven Eindruckstellen 24 von der Größe oder Form der kugel­ förmigen Partikeln 25′ ab, die im Strahlstrom auf die Oberfläche des Kommutatorsegments 22 abgegeben werden. Bei dieser Erfindung ist der Durchmesser der kugel­ förmigen Partikeln 25′ so gewählt, daß er kleiner ist als eine Breite d eines Schlitzes 29 zwischen benach­ barten Segmenten 22. Wenn beispielsweise die Breite d des jeweiligen Schlitzes 29 etwa 0,15 mm beträgt, dann wird der Durchmesser oder die Partikelgröße der kugelförmigen Partikeln 25′, die verwendet werden, für die Abgabe in einem Strahlstrom an die Oberfläche des Segments 22 sowie für die Bildung von Eindruck­ stellen 24 auf der betreffenden Oberfläche mit etwa 0,1 mm gewählt.

Wenn die kugelförmigen Partikeln 25′ für die Bildung der oben erwähnten Eindruckstellen 24 in der Ober­ fläche des Segmentes 22, beispielsweise Glaskugeln, verwendet werden, dann besteht jeder der betreffenden Partikeln aus einem solchen Material, welches 71,7 Gew.% SiO₂, 1,67 Gew.% Al₂O₃, 0,12 Gew.% Fe₂O₃, 8,72 Gew.% CaO, 2,81 Gew.% MgO, 13,9 Gew.% Na₂O, 0,97 Gew.% K₂O und 0,03 Gew.% B₂O₃ enthält.

Die Aufschlag-Eindruckstellen 24, die durch den Aufschlag der kugelförmigen Partikeln 25′ gebildet sind, werden außerdem auf bzw. an einer zu dem Schlitz 29 hinzeigenden Endfläche 29 a des jeweiligen Segments 22 gebildet. Bei der vorliegenden Erfindung werden jedoch nicht sog. Gratstellen oder Bärte ge­ bildet. Wenn die linienförmigen konkav-konvexen Bereiche in der Drehrichtung auf der Oberfläche des jeweiligen Segments gebildet werden, dann werden wie bei der bekannten Anordnung die Gratteile, die eine geringe Dicke aufweisen und die hinsichtlich der mechanischen Festigkeit instabil sind, so gebil­ det, daß sie in der Drehrichtung zu dem Schlitz zwischen benachbarten Segmenten von der Endkante des jeweiligen Segmentes aus verlaufen.

Da demgegenüber bei der vorliegenden Erfindung die rauhe Oberfläche auf bzw. in der Oberfläche des Segments durch das Auftreffen der kugelförmigen Partikeln auf der betreffenden Oberfläche gebildet wird, sind die Gratteile geringer Dicke von der Endkante des jeweiligen Segmentes aus nicht gebildet.

Nachdem die kugelförmigen Partikeln an die Segmente 22 abgegeben bzw. im Strahlstrom auf diese Segmente gerichtet worden sind, werden gemäß der Erfindung die an dem Kommutator anhaftenden kugelförmigen Partikeln durch den oben erwähnten Arbeitsschritt entfernt, beispielsweise durch Abspülen.

Der Kommutator, der die Segmente aufweist, deren rauhe Oberflächen dadurch gebildet worden sind, daß die kugelförmigen Partikeln auf die mit der Bürste in Kontakt zu bringenden Bereiche aufgetroffen sind, wird mit Öl überzogen und zur Bildung des in Ver­ bindung mit Fig. 1 beschriebenen Motors verwendet.

Der in der oben beschriebenen Weise hergestellte Kommutator gemäß der Erfindung befindet sich in gutem elektrischen Kontakt mit der Bürste und hält die Wirkung als Ölbehälter aufrecht, wodurch - was sich herausgestellt hat - die Ausbildung von Licht­ bögen verhindert und der Abrieb des betreffenden Kommutators vermieden ist.

Wie oben beschrieben, sind bei dem Kommutator gemäß der vorliegenden Erfindung die rauhen oder konkav- konvexen Oberflächen, die auf den Segmenten gebildet sind, dadurch geschaffen, daß kugelförmige Partikeln auf die betreffenden Oberflächen aufgetroffen sind, so daß die Bildung von Gratteilen oder sog. Bärten vermieden werden kann und so daß demgemäß das Ver­ fahren zur Beseitigung der Gratteile entbehrlich wird. Damit kann die vorliegende Erfindung die Massen­ produktion des Motors oder des Kommutators steigern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann darüber hinaus die Größe, Tiefe, usw. der Eindruckstellen in wünschens­ werter Weise durch geeignete Auswahl der Größe, Form usw. der kugelförmigen Partikeln, die auf die Kommu­ tatorsegmente auftreffen, und durch den Aufschlag­ druck der kugelförmigen Partikeln auf den Kommutator ausgewählt werden, so daß eine optimal rauhe Ober­ fläche oder konkav-konvexe Oberfläche auf dem Kommu­ tator in Übereinstimmung mit der Größe der Segmente, dem Abstand zwischen benachbarten Segmenten usw. ge­ bildet werden kann.

Claims (9)

1. Kommutator für die Verwendung in einem Motor, der einen Stator (1) und einen Rotor (2) mit einer rotierenden Welle (6) aufweist, unter Verwendung einer Vielzahl von Kommutatorsegmenten (22), die an einem Isolations­ körper (23) angebracht sind und die jeweils eine Kontaktfläche aufweisen, welche von einer Bürste berührt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von halbkugelförmigen Eindruckstellen (24) mit zufallsverteilten Abständen auf jedem der Kommuta­ torsegmente (22) unter Bildung jeweils einer rauhen Kommutatorsegmentoberfläche vorgesehen ist.

2. Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Eindruckstellen (24) zumindest in der Kontaktfläche des jeweiligen Kommutatorsegments (22) gebildet sind.

3. Kommutator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Durchmesser jeder halb­ kugelförmigen Eindruckstelle (24) kleiner gewählt ist als der Abstand zwischen benachbarten Kommutatorsegmenten (22).

4. Verfahren zur Herstellung eines Kommutators nach einem der Ansprüche 1 bis 3, für die Verwendung in einem Motor, wobei der Kommutator eine Vielzahl von Kommutatorsegmenten aufweist, die in einem aus einem Isoliermaterial bestehen­ den Körper eingebettet sind, und wobei konkav-konvexe Teile in den Oberflächen der Kommutatorsegmente gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von kugelförmigen Partikeln auf die Oberflächen der Kommutator­ segmente (22) unter einem bestimmten Druck in einem Partikel­ strom abgegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als kugelförmige Partikel jeweils Glas­ kugeln verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Durchmesser der kugelförmigen Partikeln jeweils kleiner gewählt wird als der Abstand zwischen benachbarten Kommutatorsegmenten (22).

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Partikel in dem Partikelstrom durch eine Düse (25) einer Strahlvorrichtung abgegeben werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit der Strahlvorrichtung eine Druck­ luft mit hohem Druck abgebende Druckluftquelle verbunden wird.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der bestimmte Druck mit etwa 1 kg/cm² gewählt wird.