DE3142821A1

DE3142821A1 - Verfahren zum entfernen der nutisolation zwischen kommutatorsegmenten

Info

Publication number: DE3142821A1
Application number: DE19813142821
Authority: DE
Inventors: Robert 24073 Christiansburg Va Hazelton; Ray 24141 Radford Va Hoyt
Original assignee: Kollmorgen Technologies Corp
Current assignee: Kollmorgen Corp
Priority date: 1980-10-28
Filing date: 1981-10-26
Publication date: 1982-06-16
Also published as: IT1171617B; IE812505L; CH656030A5; IE53003B1; GB2085799A; NL8104885A; FR2492706B1; DE3142821C2; GB2085799B; US4329564A; FR2492706A1; IT8149580A0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Kommutatoren für dynamoelektrische Maschinen mit axialem oder radialem Luftspalt versehenen Rotations-Elektromotoren , Generatoren und für lineare elektrische Aktuatoren.

Genauer gesagt betrifft das erfindungsgemässe Verfahren die Entfernung des Isolationsmaterials zwischen den Kommutator Lamellen in genau gesteuerter Weise vermittels Laserstrahlenenergie.

Kommutatoren weisen eine Anordnung von geometrisch und elektrisch voneinander getrennten Leitern auf, die hier später meist als Kommutatorlamellen bezeichnet werden und die mechanisch auf einer Unterlage befestigt sind. Die Kommutatorlamellen werden im allgemeinen aus Kupfer hergestellt oder für Spezialzwecke aus anderen Metallen . Als Isolationsmaterial wird vorzugsweise ein solches gewählt welches eine grosse mechanische Festigkeit und und hohen elektrischen Widerstand aufweist und einen hohen Schmelzpunkt hat, wie beispielsweise Bakelit, Mica und verschiedene Epoxydharzgemische. Die Kommutatorlamellen können auf einer Zylinderoberfläche oder auf einer flachen Scheibe oder einem Streifen angeordnet sein. Die Anordnung hängt von der Bauweise der elektrischen Maschine ab und von den erwünschten Kommutatoreigenschaften. " .

Der konventionelle permanentmagnetische Gleichstrommotor, weist vorzugsweise eine Trommelform auf mit Kommutatorlamellen , die parallel zur Achse der Motorwelle angeordnet sind und untereinander durch verhältnismässig schmale mit nichtleitendem Material gefüllte Zwischenräume getrennt. Die Kommutatoren von Linearmotoren bestehen aus flachen Streifen, die abwechselnd mit leitenden und nichtleitenden Segmenten ausgerüstet sind, die im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung der beweglichen Motorteile angeordnet Sind. Andere Kommutatoren haben einen scheibenförmigen Träger auf welchem die Kommutatorlamellen angeordnet sind.

Bei einem zuverlässig und wirtschaftlich arbeitenden Kommutator, ist die Oberfläche glatt und regelmässig um eine möglichst geringe Reibung zwischen Bürsten und Kommutatoroberfläche und damit einen geringen Bürstenverbrauch zu erzilen. Für viele Anwendungszwecke ist eine Berührung der Bürsten mit dem Isolationsmaterial des Trägers nicht wünschenswert, weil ein solcher Kontakt nicht nur zum Abrieb sondern auch zur Vergiftung der Bürsten führen kann. Weiterhin neigt das abgeriebenen Material dazu sich zwischen den Bürsten anzusammeln und dadurch eine Verminderung der Kommutation und unerwünschte Funkenbildung sowie einen zusätzlichen Energieverbrauch zu bewirken.

Es ist bekannt, dass die erwähnten Nachteile behoben werden können wenn das Isolationsmaterial zwischen den Lamellen des Kommutators soweit entfernt wird dass Vertiefungen zwischen den einzelnen Lamellen entstehen.Dieser Vorgang wird allge-

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mein als "undercutting" bezeichnet. Da die Abmessungen der Komrautaotrlamellen wesentlich grosser sind als die der sie trennenden Zwischenräume , sowerden die Bürstendie vertieft Isolierstoffoberfläche nicht berühren.

Ein bekanntes Herstellungsverfahren für Kommutatoren besteht darin , dass die Kupferlamellen in eine Harzmasse eingebettet werden, hierzu eignet sich beispielsweise ein Epoxydharz mit entsprechend guten dielektrischen Eigenschaften und ausrecichender struktureller Festigkeit. Die eingegossenen Kommutatoren werden in einem Nachbearbeitungsverfahren vom überschüssigen Isolationsmaterial befreit und eine reine glatte Kommutator oberfläche hergestellt. Eine derartige Bearbeitung hinterlässt eine Oberfläche mit abwechselnd Lamellen un isolierenden Trennsegmenten in der" gleich Ebene. Zur Entfernung des Isolationsmaterials zwischen den Kommutatorlamellen bis zu einer gewünschten Tiefe , wurden bisher Scheibensägen oder Fräsen also eine mechanische Bearbeitung angewendet. Ein solches Wegsäggen oder Abfräsen des überschüssigen Materials ist eine schwierige Arbeit und erfordert einen grossen Aufwand an fachmännischem Können und Zeit, aber selbst dann sind die Schnitt- oder Fräskanten häufig mit einem Grat versehen , der weitere Nacharbeit erfordert. " Es wurde nun bereits vorgeschlagen statt mechanischer Bearbeitung Laserstrahlen zu verwenden um das isolierende Material zwischen den Konduktorlamellen zu entfernen. Die Strahlenenergie wird von den metallischen Lamellen reflektiert und vom dielektrischen Material absorbiert, was zur thermischen Zersetzung des Materials führt, so dass das isolierende Ma-

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Zersetzung des Materials führt , so dass das isolierende Material zwischen den Kommutatorlamellen entfernt wird ,ohne dass eine nennenswerte Beschädigung der Kommutatorlamellen eintritt. Der vermittels einer Linse fokussierte Strahl, wie er bereits für derartige Zwecke bekannt ist trifft senkrecht auf die Kommutatoroberfläche auf. Bei einer derartigen Anordnung ist die Eindringtiefe eine Funktion der Laserenergie und der Einwirkungszeit. Eine sehr genaue Steuerung dieser beiden Parameter ist erforderlich, und erfordert ähnlich wie die mechanischen Verfahren zur Entfernung des Isolierstoffes zwischen den Lamellen fachmännisches Können. Der Spielraum bezüglich der Eindringzeit und der Energie des Laserstrahles ist sehr gering.

Bei den bisherigen Verfahren bestand ein Nachteil darin, dass der senkrecht auf die. Oberfläche gerichtete Strahl für den Fall , dass dieser auf einen Hohlraum im Material traf entsprechend tiefer in das Material eindrang und möglicherweise zu tief. Ein weiterer Fehler der bekannten Verfahren besteht darin, dass die Kanten im Strahlengang einen Schatten auf das dielektrische Unterlagematerial werfen und so eine V förmige Vertiefung statt wie erwünscht eine U förmige Vertiefung zwischen den Kommutator-Lamellen entsteht.Der letztgenannte Effekt kann noch dadurch verstärkt werden dass die Lamellen nicht einwandfrei entgratet wurden und sich im Strahlschatten unterhalb des Grates eine Säule von nicht entferntem Material ausbildet. Da während der Benutzung des Kommutators, der Grat abgetragen wird,

treffen die Bürsten das nicht entfernte Isolationsmaterial und vergiftet deren Oberfläche

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die obenbeschriebenen Mängel zu behebenund nach einem wirtschaftlichen Verfahren Kommutatoren höchster Qualität herzustellen,Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einwandfreie Vertiefungen zwischen den Kommutatorlamellen automatisch herzustellen, insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung die Isölationsmasse auch unterhalb eines eventuell vorhandenen Grates an den Kupferlamellen vollstaendig und sicher zu entfernen. Diese sowie weitere Aufgaben werden , wie aus der Beschreibung ersichtlich sein wird vermittels des erfindungsgemässen Verfahrens gelöst.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur vollständigen Entfernung des Isolationsmaterials zwischen den Kommutatorlamellen schliesst die folgenden Verfahrensschritte ein:

bestrahlen der Oberfläche mit mindestens einem Laserstrahl einer Frequenz die mindestens annähernd vollständig von der metallischen Oberfläche reflektiert wird und von der Isolierstoffschicht absorbiert wird, und dessen Strahlung eine solche Intensität aufweist die ausreichend ist das . Isolationsmaterial· in dem gewünschten Bezirk völlig zu zerstören aber die Kommutaotrlamellen praktisch nicht angreift, und dass dieser Laserstrahl die zu behandelnde Oberfläche in einem Winkel unter 9O°trifft und indem die Oberfläche relativ

zur Bewegung des Laserstrahles bewegt wird, so dass die ganze Oberfläche waehrerri der Ein wirkung des Laserstrahles von diesem überstrichen wird und so waehrend einer bestimmten Anzahl von LaserstrahTdurchgängen das ganze isolierende Material zwischen den Kommutatorlamellen entfernt wird bis zu einer gewünschten Tiefe.

Wie schon zuvorerwähnt trifft , nach dem erfindungsgemässen Verfahren der Laserstrahl die Oberfläche unter einem Winkel zur Senkrechten. Die Energie des Laserstrahles liegt in einem bestimmten Bereich im Infraroten, wie diese beispielsweise, von COpLasern ausgestrahlt wird. Kommutator und Laserstrahl führen eine relativ Bewegung gegeneinander aus. Die Laserstrahlenergie wird von den Kommutatorlamellen reflektiert und entstehende Restwärme vermittels der Wärmeleitfähigkeit des Metalles abgeleitet , von dem Isdlationsmaterial zwischen den Lamellen wird es absorbiert und da die Wärme nicht abgeführt wird tritt eine Hitzezersetzung des Materials ein , so wird dieses bis zu einer gewünschten Tiefe völlig entfernt ohne dass die Lamellen einen nennenswerten Schaden erleiden.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird das Material zwischen den Lamellen vermittels mehrfacher Laserstrahldurch» gänge entfernt und so ein Einschnitt gewünschter Tiefe erzeugt. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren werden ein - oder men·· rereLaserstrahlen geeigneter Energie verwendet. Die Einwirkkungsaeit richtet sich nach der gewünschten Tiefe des

Einschnittes und soll so eingestellt werden, dass die Kommutatorlamellen keinen oder wenigstens keine nennenswerten Schaden erleiden.

Der Laserstrahl oder die -strahlen treffen das dielektrische Material zwischen· den Kommutatorlamellenund mindestens einen Teil der Lamellen , von diesen werden sie reflektiert und entstehende Wärme abgeleitet, so wirken diese als Apertur für die Laserstrahlen durch die andererseits die Wärmezersetzung des zwischen diesen befindlichen dielektrischen Materials bewirkt wird. Der Auftreffwinkel der Strahlen zur Senkrechten gemessen bestimmt die Eindringtiefe und damit die Abmessung der zwischen den Lamellen auszubildenden Vertiefungim Isolationsmaterial. Dieser Winkel wird entsprechend der vorliegenden Erfindung so gewählt dass er der gewünschtten Tiefe entspricht.

In einer Ausgestaltungsform der Erfindung wird nur ein Laserstrahl verwendet und die Kommutatoroberfläche wird von diesem wenigstens zwei Mal überstrichen, und zwar unter entgegengesetztem Auftreffwinkeln·. Im Fall von zwei gleichzeitig arbeitenden Laserstrahlen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen diese so anzuordnen , dass sie unter entgegengesetzten Winkeln bezogen auf die Senkrechte zur Oberfläche auftreffen. Der - oder die Laserstrahlen und die Kommutatoroberfläche werden gegeneinander bewegt, so dass die ganze Kommutatoroberfläche vom Strahl überstrichen wird.

Vorzugsweise wird der - oder die Laserstrahlen so fokussiert dass der Brennpunkt oberhalb der Kommutatoroberfläche liegt. Es wurde festgestellt, dass beste Ergebnisse erzielt werden wenn der Brennpunkt einen Abstand von 5-8 mm von der Kommutatoroberfläche hat.

Das erfindungsgeraässe Verfahren ist wirtschaftlich und liefert Kommutatoren sehr guter Qualität bei denen das Isolationsmaterial zwischen den Lamellen restlos bis zu einer gewünschten Tiefe entfernt ist. Die Oberflächenstruktur der Kommutatoren besteht aus Kommutatorlamellen die untereinander durch ein geeignetes Isolationsmaterial, wie beispielsweise Bakelit oder Epoxyharz oder ein anderes Harzgemisch wie Mica und. ähnliche. Die Oberfläche ist gekennzeichnet durch im steten Wechsel aufeinander folgendeBezirke guter und schlechter Wärmeleitfähigkeit sowie guter Reflection und vollständiger Absorption von Energiestrahlen bestimmter Frequenz. Genauer gesagt heisst das die Kommutatorlamellen sind gute Wärmeleiter und Reflektoren das Isolationsmaterial ist ein schlechter Wärmeleiter und die eingestrahlte Energie wird zum allergrössten Teil absorbiert. Demgemäss wird Strahlungsenergie die gebündelt ist und einen Brennpunkt auf oder wenig über der Kommutatoroberfläche aufweist zum allergrössten Teil von den Kommutatorlamellen reflektiert und die entstehende Wärme wird vom Auftreffpunkt schnell abgeleitet. Trifft der gleiche Strahl die Isolierstoffschicht zwischen den Lamellen so wird die Energie fast vollständig absorbiert, da die ent-

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stehende Wärme praktisch nicht abgeleitet wird tritt eine Hitzezersetzung des Materials ein durch welche das Isolationsmaterial bis zu einer bestimmten Tiefe vollständig entfernt wird. Die Laserstrahlen sind koherente Strahlen und durch ihre Wellenlänge charakterisiert. Die Wellenlänge hängt vom Lasermedium ab. Für den Abbau des Isolationsmaterial zwischen den Kommutatorlamellen haben sich COp Laser als besonders geeignet erwiesenDas Ausmass der Zerstörung des dielektrischen Materials durch den Laserstrahl hängt von der Frequenz dem Energieniveau sowie dem Auftreffwinkel des Strahls auf der Oberfläche ab. Die Einwirkungszeit muss dann so gewählt werden , dass das ganze überschüssige Isolationsmaterial bis zu einer gewünschten Tiefe entfernt wird jedoch die Kommutatorlamellen keinen Schaden erleiden. Das verwendete Lasersystem braucht kein Präzisionsinstrument zu sein, da die Unterschiede der beiden in Frage kommenden Materialien bezüglich ihres Reflektions- und Absorbtionsvermögens sehr gross sind , was die Kommutatorlamellen als Apertur für den Laserstrahl wirken lässt und somit gewisse Toleranzen des Lasersystems ausgleicht. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen den Durchmesser des auftreffenden Strahles grosser als den Abstand zwischen den Lamellen zu wählen. Unter bestimmten Umständen ist es möglich dass sich ein Film des zersetzten Materials auf der Kommutatoroberfläche niederschlägt.. Ein solcher Film von dielektrischem Material auf den Kommutatorlamellen kann zu Schwierigkeiten in der Kommutation führen. Es konnte aber festgestellt werden dass ein solcher Niederschlag vollständig

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unterbunden wird wenn statt eines mehrere Durchgänge des Laserstrahles zur Entfernung des Isolationsmaterials verwendet werden. Das Energieniveau des Strahles wird dann entsprechend der gewünschten Durchgänge eingestellt, so dass die insgesamt eingestrahlte Energie ausreicht die gewünschte Tiefe des Einschnittes im Isolationsmaterial zwischen den Kommutatorlamellen zu erzielen. Es besteht Grund zur Annahme, dass der obenbeschriebene Effekt der Ausbildung eines dielektrischen Filmes auf der Oberfläche der Kommutatorlamellen, dadurch zu erklären ist, dass oberhalb einer bestimmten Energieeinstrahlung das verdampfende Isolationsmaterial mit solcher Geschwindigkeit herausgeschleudert wird , dass die Dichte-der verdampfenden Stoffe ausreicht um vermittels der Laserstrahlenergie neue Stoffe zu bilden , die sich in Form eines Filmes niederschlagen . Die Anmelderin beabsichtigt selbstverständlich nicht durch diese Erklärung irgendwie gebunden zu sein.

Es konnte weiterhin festgestellt werden, dass zur vollständigen Entfernung des Isolationsmaterials und zur Vermeidung irgendwelcher Nebeneffekte die Kommutatoroberfläche am besten entgegender Strahlfortbewegungsrichtung bewegt wird. Zur Erklärung dieser Regel soll von einem zylindrischen Kommutator ausgegangen werden , der unter dem Laserstrahl rotiert Der Strahl trifft die Oberfläche in einem Winkel zur Senkrechten auf der Rotationsebene des zylindrischen Kommutators. Bei einer solchen Anordnung wird der Rand der Kommutator lamelle zuerst vom Laserstrahlgetroffen ,

Werden bei der hier obenbeschriebenen Ausgestaltungsform statt eines mehrere Laserstrahlen verwendet so wird jedes Laserstrahlenpaar vorzugsweise unter einem Winkel auf der Oberfläche auftreffen der umden gleichen Betrag einmal positiv und einmal negativ von der Senkrechten abweicht.

Es soll noch bemerkt werden, dass die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens bei Kommutatoren jeder Art, scheibbenförmigen zylindrischen und streifenförmigen vergleichsweise kostensparend ist und Kommutatoren erstklassiger Qualität liefert.

Zur Beschreibung der Zeichnungen:

Abb.l ist eine perspektivische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung des erfidnungsgemässen Verfahrens. Abb.2 ist eine Frontansicht des gleichen Apparates wie in Abb.1 Die Abb. 3-8 stellen die aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte des erfindungsgemässen Verfahrens dar.

Abb. 9 zeigt einen Teilausschnitt eines .Scheibenkommutators"-zur Demonstration ,,des erfindungsgemässen Verfahrens. Abb. 10 zeigt die Verwendung des er'findüngsgemässen Verfahrens, entsprechend ,Abb.9 als Aufsicht.

Ausführliche Beschreibung der Figuren· 1 und. 2 , diese Figuren zeigen in schematischer Darstellung die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendete Anordnung. Wie ersichtlich· richtet der Laser 10 , vorzugsweise ein COpLaser einen fokussierten Strahl 12 auf einen Punkt der Kommutatoroberfläche 14. Der Strahl 12 fällt auf die Kommutatorober-

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fläche U unter einem Winkel von 36° wie in Abb.2. dargestellt. Der Kommutator H ist auf einer Achse 15 montiertund wird durch den Motor 17 in Rotation in der angegebenen Pfeilrich- " tung versetzt, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 15oo Umdrehungen pro Minute. Der Laserstrahl 12 trifft abwechselnd auf eine Kommutatorlamelle oder auf ein dazwischenliegendes Dielektrikum 18 vorzugsweise aus Epoxydharz. Von den Kommutatorlamellen wird die Laserstrahlenergie zum grössten Teil reflektiert und nur zum geringen Teil absorbiert die hierbei entstehende Wärme wird sofort abgeleitet. Trifft die Laserstrahlenergie ein Dielektrikum so wird durch die Kombination der Eigenschaften des Dielektrikum nämlich Absorption der Energie und sehr geringes Wärmeleitvermögen die Zerstörung unddamit die Abtragung des Materials verur sacht.

Ein Luftstrom von der Linie 22 der auf die Stelle des Laserstrahlangriffes gerichtet ist entfernt alle Reste ,. Partikel und Dämpfe, die bei der Zersetzung des Materials entstehen. Gleichzeitig wird der angegriffene. Bezirk gekühlt , was zur Unterstützung der Wärmeableitung von den .Kommutatorlamellen beiträgt. Vorzugsweise wird die ganze Anordnung von einem xy Tisch getragen. Die Bewegung in der χ Richtung wird mit Hilfe der Antriebsvorrichtung 2k welche die mit einem Ge= winde versehene Welle 26 treibt die in Angriff mit dem Rahmen 28 ist , ähnlich wird die Bewegung in der Y Richtung von der Antriebsvorrichtung 30 surchgeführt, welche die Welle 32 antreibt5 die mit dem unteren Rahmen 34 in Eingriff ist.

Im Betrieb wird der x-y Tisch langsam hin und her bewegt , dabei verschiebt er sich längs der Kommutatorachse was bewirkt, dass der Laserstrahl jeden Punkt der Oberfläche überstreicht. Der Laser wird auf einer Antriebsachse montiert (in der Figur nicht gezeigt) welche die Einstellunng des Abstandes des Brennpunktes von der Oberfläche ermöglicht.

In einer vorzugsweisen Ausgestaltungsform werden alle Funktionen der Anordnung mit Hilfe eines Mikroprozessors gesteuert. In diesem Fall steuert der Mikroprozessor die Position auf der XYZ Achse _f die Vorschubgeschwindigkeit , die Drehgeschwindigkeit , den Laserverschluss und die Zahl der Durchgänge. Die Steuerfolge kann manuell eingegeben werden oder in einem Speicher auf Abruf bereit stehen. Hierzu benutzt man eine einfach Adresse, welche Angaben über die Abmessungder Vertiefung zwischen den Kommutatorlamellen . Vorzugsweise werden wenigstens zwei Laser verwendet, nicht nur einer wie in der Figur gezeigt, sie können gleichzeitig oder nacheinander eingesetzt werden. Die beiden Laser werden beidseitig von der Kommutatorachse angeordnet und die Strahlen treffen die Oberfläche unter einem nicht rechten Winkel.

Vorzugsweise wird die ganze Anordnung in einem gut ventilierten Gehäuse untergebracht (nicht gezeigt) . Das vom Laserstrahl getroffene Isolationsmaterial verdampft teilweise und wird teilweise durch, die Wärmezersetzt und wird hierdurch abgetragenEin im Gehäuse eingebauter Ventilator dient der Luftumwälzung und bewirkt so die Entfernung an der Angriffsstelle noch verbleibender Partikel.

Die Figuren 3-8 veranschaulichen die Arbeit des Laserstrahles 10 . Bewegt sich der Laserstrahl 10 im Uhrzeigersinn so trifft er zunächst die Lamelle 16 und dann den mit Isolierstoff erfüllten Zwischenraum 18 (vgl. Abb.4)Der Strahl 10 schneidet das tortenstückartig geformte Segment 39 aus dem Isolierstoff heraus , wie dies in Abb.5 gezeigt ist. Das gegenüberliegende Segment liegt im Schatten der vorangehenden Kommutator lamelle 16. Der Ausschnitt des Isolationsmaterials kann in einem einzigen Durchgang - oder vorzugsweise in einer Vielzahl von Durchgängen erfolgenDie Geschwindigkeit der Tischverschiebung ist verhältnismässig langsam eingestellt. Das vom Laserstrahl überstrichene Gebiet überlappt jeweils mit dem des vorangehenden Durchganges.

Die im Schatten der vorangehenden Kommutatorlamelle liegenden Segmente können durch den Strahl des auf der gegenüberliegenden Seite angeordneten Lasers entfernt werden, welchen man dann entgegen dem Uhrzeigersinn rotieren lässt. , wie dies in Abb. 6-8 dargestellt ist. Anschliessend wiederholt man den Vorgang wie in den Figuren 3-5 gezeigt. Wenn der Laserstrahl 10 in Position ist schneidet er wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt das Segment 41 heraus. Das nächste isolierende Segment liegt dann im Schatten der nachfolgenden Kommutatorlamelle und schützt das Segment 18 vor diesem (Vgl. Abb.7). Die Abb.8 zeigt das Endergebnis eine Vertiefung 18. zwischen den Kommutatorlamellen 16.

Die wie in den Figuren 3-5 gezeigt nicht entfernten Segmente die im Schatten der vorangehenden. Kommutatorlamellen liegen

werden wie in den Abb. 6-8 gezeigt entfernt wenn, der Laser in der dort gezeigten Position ist und der Kommutator im Uhrzeigersinn gedreht wird.

Das nicht-rechtwinklige Auftreffen des Laserstrahles 12 auf die Kommutatoroberfläche und die beidseitige Anordnung zur Kommutatorachse gestattet die restlose Entfernung des Isolier-• stoffes zwischen den Kommutaotrlamellen und zwar auch an den Rändern der Lamellen , dabei ist die Tiefe des Einschnittes abhängig vom Auftreffwinkel. Der Seitenwechsel des Lasers von der linken Seite der Kommutatorachse zur rechten ( linke Seite vgl. Fig.3-5, rechte Seite 6-8) wird durch die Tischbewegung bewirkt , die ebenfalls vorzugsweise durch einen programmgesteuerten Mikroprozessor bewirkt wird. Selbstverständlich kann statt des Tisches auch der Laser 10 bewegt werden, was sich aber als weniger praktisch erwiesen hat. Vorzugsweise werden zwei Laser zu beiden Seiten angeordnet , was den Seitenwechsel unnötig macht. In diesem Fall kann die Entfernung der Isolierstoffsegmente 39 und 41 gleichzeitig geschehen.

Die Erfindung ist nicht auf zylindrische Kommutatoren begrenzt sie kann auf eine Vielzahl von Ausgestaltungsformen angewendet werden, wie beispielsweise auf Kommutatoren für elektrische " Maschinen mit radialem oder axialem Luftspalt oder lineare Antriebe. Abb. 9 zeigt die Anwendung der Erfindung auf einen flachen Kommutator und abb. 10 zeigt einen Teilausschnitt des in Abb. 9 dargestellten Rotors.

In den Abb. 9 und 10 ist ein Kommutator 45 mit sich radial erstreckenden gleichmässig verteilten Kommutatorlamellen 47 gezeigt. Die Lamellen sind durch die mit Isolierstoff erfüllten Zwischenräume 49 getrennt Der Kommutator ist auf einer vertikalen Achse 51 montiert , die auf dem xy Tisch angeordnet ist. Die Kommutatorachse wird vermittels eines Motors oder einer anderen Antriebsvorrichtung in Rotation versetzt (nicht gezeigt).Wie zuvor beim zylindrsichen Kommutator gezeigt trifft der Laserstrahl die Kommutatoroberfläche in einem nicht-rechten Winkel, damit wird bewirkt, dass das Isolationsmaterial auch von den Kanten der Lamellen entfernt wird. Die kann durch entsprechende Montage des Lasers erzielt werden. Wie in Fig. 9 gezeigtrotiert der Kommutator unterhalb des Laserstrahles 12 , dadurch wird das dielektrische Material 49 zwischen den Kommutatorlamellen 47 entfernt. Die Kommutätorbewegung geschieht vermittels des programmgesteuerten Tisches so dass der Kommutaotr den Laserstrahl kreuzt. Das dielektri- I sehe Material wird in der gleichen Weise entfernt wie für den zylindrischen Motor beschrieben.

In seiner praktischen Anwendung wird das erfindungsgemässe Verfahren nun beschrieben für einen Kommutator dessen Lamellen in Epoxydharz eingebettet sind, dieses Harz muss zwischen den Kommutatorlamellen entfernt werden. Der Kommutator wurde wie in Abb.1 gezeigt auf einer Achse montiert und durch einen Motor mit variierbarer Geschwindigkeit angetrieben.

Für diese Untersuchung wurde ein Motor mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 1500 rpm gewählt. Der Laser war so montiert dass der Strahl die den Kommutator mit einer Geschwindigkeit von 2,5mm pro Sekunde überstrich. Das Isolationsmaterial wurde nach einer Anzahl aufeinanderfolgender Durchgängejeinwandfrei entfernt.

Der Laser war ein COpLaser und so eingestellt , dass er eine Energie von 150 Watt lieferte . Zur Fokussierung diente eine Linse mit 62,5mm Brennweite. Der Strahl traf die Oberfläche wie in Abb.1 unter einem Winkel von 36° und die Drehrichtung des Motors war der Strahlrichtung entgegengesetzt Der Brennpunkt lag 7,5mm oberhalb der Kömmutatoroberflache. Der zweite Durchgang wurde gegenläufig durchgeführt . Mit der obenbeschriebenen Ausrüstung wurden 9 Kommutatoren behandelt, das Ergebnis war in allen Fällen gleich gut . Wie schon zuvor beschrieben ist es wünschenswert das Material in mehreren Durchgängen zu entfernen, dies wurde durch die hier beschriebenen Bedingungen ermöglicht. ■ ■ Es ist selbstverständlich , dass die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen einzelnen Verfahrensschritte beschränkt ist, diese wurden hier nur beispielshaft angegeben . Eine Vielzahlvon Abwandlungen sind im Rahmen des erfindungsgemässen Grundgedankens möglich.

Claims

MEINIG-SPOTT · ' KURFÜRSTENDAMM 170 1000 BERLIN 15 INLAND. XF-I, ;. 26. Oktober 1981 KOLLMORGEN TECHNOLOGIES CORPORATION Dallas, Texas, V.St.v.Ä. ■ Verfahren zum Entfernen der Nutisolation zwischen . . Kommutatorsegmenten Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entfernen der Nutisolation zwischen KommutatorSegmenten von zylindrischen und flachen Kommutatoren mittels mindestens eines Laserstrahles,¹ wobei der Kommutator relativ zum Laserstrahl eine Dreh- bzw. Linearbewegung ausführt, dadurch gekennzeichnet , daß der Laserstrahl bzw. die Laserstrahlen unter einem Winkel zur Senkrechten auf die Oberfläche des Kommutators auf diesem auftrifft bzw. auftreffen und im wesentlichen oder ausschließlich Energie in einem Frequenzbereich enthält bzw. enthalten, die vom Material der Kommutatorsegmente vorzugsweise reflektiert und vom Material der Nutisolation absorbiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftreffwinkel entsprechend der gewünschten Tiefe, bis zu der die Nutisolation entfernt werden soll, gewählt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrereLaserstrahlen unter Winkeln auf die Kommutatoroberfläche auftreffen, die jeweils paarweise um den gleichen Betrag positiv oder negativ von der Senkrechten abweichen.

4. .. . Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Laserstrahlen und Kommutator relativ zueinander in der Nutrichtung bewegt werden und gleichzeitig eine Drehbewegung um die Ach'se des Kommutators bzw. eine Linearbewegung in Längsrichtung des Linearkommutators ausführen, so daß nacheinander die gesamte Oberfläche des Kommutators den Laserstrahlen ausgesetzt wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Laserstrahlen einen Druchmesser aufweist bzw. aufweisen, der die Nutbreite übersteigt.

6. . · Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlenergie nicht ausreicht,, um bei einmaliger Exposition des Nutisolationsmaterials dieses bis zur gewünschten Tiefe zu entfernen, und vorzugsweise einen Bruchteil jener Energie beträgt, und daß das Nutmaterial mindestens zweimal, vorzugsweise jedoch mehrmals der Laserstrahlenergie ausgesetzt wird, um es so schrittweise bis zur gewünschten Tiefe abzutragen.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch

30. gekennzeichnet, daß der bzw. die Laserstrahlen fokussierte Laserstrahlen sind, deren Fokuspunkt über der Oberfläche der KommutatorSegmente liegt.

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8. Verfahren nach den Ansprüchen 1,2, 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Laserstrahl benutzt wird, und daß das Isolationsmaterial mindestens zweimal der Laserstrahlenergie ausgesetzt wird, wobei die Winkel beim ersten und beim zweiten Durchgang spiegelbildlich zuein-

ander und in Bezug auf die Senkrechte auf die Kommutator-Oberfläche sind.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Richtung der Drehbewegung des Kommutators so gewählt ist, daß dessen Oberfläche in den Laserstrahl, also entgegengesetzt zur Auftreffrichtung des Laserstrahles, bewegt wird.

10* Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Linearbewegung des Linearkommutators unter Aufrechterhaltung des. Winkels entgegen= gesetzt zur Auf treff richtung des Laserstrahles ist..

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn·= zeichnet, daß der Laser ein CO₂-Laser ist.

12.. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Luft, ein geeignetes Gas oder eine Flüssigkeit direkt auf die oder in die Nähe der Auftreffstelle des Laserstrahles auf die Kommutätoroberfläche geleitet wird, um das durch die Laserenergie abgebaute Material zu entfernen.