DE3230257A1

DE3230257A1 - Kommutator-halbfabrikat und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3230257A1
Application number: DE19823230257
Authority: DE
Inventors: Boris Kogej; Joze 65280 Idrija Potocnik
Original assignee: KOLEKTOR PO
Current assignee: KOLEKTOR PO
Priority date: 1981-09-29
Filing date: 1982-08-13
Publication date: 1983-04-28
Also published as: CS951181A2; JPS5869450A; DD201746A5; YU39889B; DK552981A; IT8168674A0; GB2106426A; CS274257B2; DK160383B; IT1145614B; CH655208A5; PL234773A1; DE3230257C2; YU234681A; US4484389A; US4872255A; RO81818B; ES8305530A1; FR2513823B1; FR2513823A1

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kommutator-Halbfabrikats. Hierbei werden insbesondere seine inneren Längsrippen, die Versteifungselemente bzw. Verankerungselemente der Kommutatorlamellen darstellen bzw. aus welchen die Verankerungselemente gebildet werden, verbessert.

Bei einem Kollektor auf einem Rotor eines Elektromotors sind bezüglich der Festigkeitsverhältnisse, zu denen auch die möglichst gedrungene Form des Kommutators beiträgt, die Verankerungselemente der Lamellen wichtige Konstruktionsteile. Die Lamellen müssen auch bei hohen Drehgeschwindigkeiten durch diese Verankerungselemente in ihrer ursprünglichen Lage gehalten werden, was aber einerseits durch die auf die Lamelle jeweils wirkende Zentrifugalkraft und andererseits durch das Kippmoment, das sich in der Lamelle ergibt, wenn eine Kollektorbürste auf die Längskante der Lamelle in Umfangsrichtung prallt, erschwert wird.

Um dem Rechnung zu tragen, bei noch vertretbaren Fertigungskosten der Kommutatoren, wurden, abhängig von der Ausgangsform des Rohlings, d.h. eines Kupferbandes oder -rohres, schon verschiedene Lösungen vorgeschlagen.

In der GB-PS 1 223 677 wird als Ausgangswerkstoff ein Band gleichmäßiger Stärke genommen, worin längs eines Randes in gleichmäßigen Abständen angeordnete Vorsprünge rechteckiger Form gestanzt sind, während längs des anderen Randes ebenso in gleichmäßigen Abständen angeordnete, doch stufenweise geformte Vorsprünge vorgesehen sind, von denen der jeweilige

Vorsprung im Bereich der Abstufung quer zur Längsrichtung des Bandes geschnitten ist; dadurch entstehen Lappen von größerer Länge, die anschliessend als Anschlussfahnen dienen, und kürzere Lappen, deren Länge der der selbständigen rechteckigen Vorsprünge längs der gegenüberliegenden Seite des Bandes gleich ist, und die zur Bildung der Verankerungs— haken vorgesehen sind.

Da ein Kupferband gleichmäßiger Stärke verwendet wurde, musste man bei Kommutatoren größerer Durchmesser und Länge und zusätzlich bei höherer Drehzahl ein verhältnismäßig starkes Kupferband verwenden, damit den Festigkeitskriterien Genüge geleistet wird. Daraus, daß längs einer Kante des Bandes abwechselnd Anschluß- und Verankerungslappen vorgesehen sind, folgt, daß diese Kommutatoren aus geometrischen Gründen lediglich für eine niedrigere Lamellenanzahl geeignet sind, wodurch das Gebiet ihrer Anwendung begrenzt wird. Die Verankerungshaken werden durch Umbiegen der erwähnten kürzeren Lappen nach innen geformt; die Lamellen sind mithin nur mit ihren Enden verankert, weswegen sie beim Betrieb insgesamt der Wirkung der Zentrifugalkraft und somit der Gefahr, daß sie sich von der Preßmasse abtrennen, ausgesetzt sind. Die Isolierungsnuten sind sehr tief. Zur Fertigung eines gestanzten Rohlings, wo es sich um gleichzeitiges Stanzen und Einschneiden handelt, ferner zum Biegen von Verankerungshaken und zum Auspressen des Halbfabrikats mit einer Isoliermasse sind aufwendige Werkzeuge notwendig. Dabei darf der verhältnismässig große Materialabfall beim Stanzen nicht vernachlässigt werden. In obigem sind die wesentlichen baulich-technischen Nachteile der bekanntgewordenen Lösung zu sehen.

In der DE-OS 1 955 122 wird als Ausgangswerkstoff ebenso ein Band verwendet, doch dieses Band wird zuerst in Längsrichtung gewalzt und dabei werden durch Formänderung des Werkstoffes quer orientierte Rippen und zusätzlich ein glatt ge-

walzter Randstreifen, ein Längsabschnitt dessen reduzierte Stärke aufweisen kann, gefertigt. Anschließend wird dieser Randstreifen im Bereich zwischen den Rippen ausgestanzt, wodurch Anschlußfahnen gebildet werden; das derart bearbeitete Band wird danach in Stücken entsprechender Länge in eine ringförmige Gestalt umgewandelt. In einem Arbeitsgang werden die Anschlußfahnen nach außen abgebogen und die innen befindlichen Rippen von beiden Enden her in axialer Richtung eingeschnitten; die somit losen Rippenabschnitte werden in Richtung zur Längsachse des Erzeugnisses gebogen. Es entstehen somit Verankerungselemente der Lamellen.

Es ist festzustellen, daß zum Walzen des Bandes ein kostspieliges und aufwendiges Profilwerkzeug erforderlich ist, daß ferner der Werkstoff durch den Längs- und Querschnitt ungleichmäßig verformt wird und daß (insbesondere in Zusammenhang mit letzterem) im Band Rückstandsspannungen auftreten, die das gewalzte Stück in Längsrichtung zu deformieren versuchen. Die ungleichmäßige Härte des Kupfers durch die Lamellenbreite verursacht eine ungleichmäßige Abnutzung der Bürsten.

Auf demjenigen Gebiet der Kommutatorfertigung, wo als Rohling ein Kupferrohr verwendet wird, ist der Ausgangszustand dem beschriebenen Zustand bei der Verwendung eines Bandes analog: In einigen Fällen geht man von glatten Rohren, in anderen Fällen von Profilrohren aus. Im übrigen handelt es sich dabei um analoge Nachteile wie vorstehend beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, herkömmliche Verfahren der Kommutatorfertigung sowie den Kommutator selbst in dem Sinne weiterzubilden, daß eine günstige Lösung für einen Kommutator, dessen Anwendungsgebiet auf keinerlei Art beschränkt ist, hinsichtlich der Kosten und in baulich-technischen Sinne erzielt wird.

Dies wird durch die Weiterbildung gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 erreicht. Das gesetzte Ziel ist also erreichbar, wenn man von einem glatten Band ausgeht, dessen Längsrandbereiche und ggf. (in Abhängigkeit von der axialen Kommutatorlänge) auch der mittige Längsabschnitt in an sich bekannter Weise durch glattes Walzen dünner gemacht wird, wobei die Breite des einen Randbereichs grosser ist als die Breite des anderen Randbereichs und in den breiteren Randbereich ggf. schon bei diesem Arbeitsschritt gleichmässig verteilte Lappen (künftige Anschlussfahnen) ausgestanzt werden. Nach der Ablängung des derart bearbeiteten Bandes auf entsprechende Stücke werden zylindrische Ringstücke gebildet.

Wenn man dagegen als Rohling ein in entsprechender Länge abgetrenntes glattes Kupferrohr verwendet, dann wird die Rohrstärke an den Endabschnitten des Rohres durch Stauchen der Innenschicht des Materials nach innen dünner gemacht und danach der im Inneren im Überschuss vorliegende geknetete bzw. gestauchte Werkstoff abgeschnitten. Das solcherart behandelte Rohrstück und das vorstehend erwähnte zylindrische Ringstück aus einem Band sind zueinander zur Durchführung des nachfolgenden, d.h. des erfindungsgemäßen, Fertigungsschritts der Bildung der Verankerungselemente für die Lamellen gleichwertig.

Die Verankerungselemente für die künftigen Lamellen des Kommutators werden aus der inneren Schicht des Werkstoffes des Rohlings vorerst durch spanloses stauchendes Auseinanderschieben des Werkstoffes nach Art des Grabenziehpflügens gebildet, derart, daß man zweigratige Längsrippen erhält, zwischen welchen Zwischenräume scharf eingearbeitet sind mit sichtbaren Spuren des Werkzeugausziehens. Diese Zwischenräume haben sich radial erstreckende Seitenwände. Diesem Arbeitsschritt folgt ein Vorgang der Verflachung der erwähnten Grate mittels eines Abflachdornes, wobei der vorwiegende Teil der

Gratmasse in tangentialer Richtung in den Bereich der erwähnten Zwischenräume deformiert wird. Die Zwischenräume werden dadurch zum Inneren des Kommutators hin teilweise verschlossen; gerade in diesem baulichen Merkmal äussert sich die Verankerungsfunktion der Rippen bzw. künftiger Lamellen.

Falls erforderlich, ist es ohne weiteres möglich, auch die in vorstehendem Sinne ausgearbeiteten Rippen von beiden Enden her in bekannter Weise einzuschneiden und die somit losen Rippenabschnitte in Richtung zur Kommutatorachse abzubiegen.

Dadurch, daß die Mantelmasse des Halbfabrikats zum Teil geknetet '. .... und zur Bildung der Längsrippen verwendet wird, erhält man flache Isolationslücken und hinsichtlich der Festigkeit einen günstigen Querschnitt der Rippen bzw. der Verankerungselemente, wofür aber keine anspruchsvollen Werkzeuge notwendig sind.

Die weitere Behandlung des Kommutators erfolgt durchweg in an sich bekannter Weise, daher wird von einer näheren Beschreibung dieser Behandlung abgesehen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen noch näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1a ein Beispiel eines gewalzten Bandrohlings mit zwei Längsstreifen reduzierter Stärke;

Fig. 1b ein Beispiel eines gewalzten Bandrohlings mit zwei Rand- und einem Mittelstreifen reduzierter Stärke;

Fig. 1c ein Beispiel eines rohrförmigen Rohlings mit glatter Wand;

-S-

Fig. 2a ein abgetrenntes Stück des Rohlings aus Fig. 1a mit angedeuteter Orientierungsausnehmung;

Fig. 2b das Stück aus Fig. 2a mit eingestanzten Anschlußlappen;

Fig. 2c einen Schnitt durch einen rohrförmigen Rohling aus Fig. 1c nach beendetem stauchendem Reduzieren der Rohrwandstärke und Formen der Orientierungsausnehmung;

Fig. 3a den Gegenstand aus Fig. 2a nach Erhalt der zylinderförmigen Gestalt;

Fig. 3b den Gegenstand aus Fig. 2c nach Abschneiden des im Überschuß, vorliegenden Materials;

Fig. 4a einen Schnitt durch einen erfindungsgemässen Gegenstand nach beendetem Arbeitsschritt des stauchenden Auseinanderschiebens der inneren Schicht des Werkstoffs;

Fig. 4b den Gegenstand aus Fig. 4a nach beendetem Arbeitsschritt der Abflachung der Grate der durch das Auseinanderschieben des Materials auf die Art des Grabenziehpflügens gebildeten zweigratigen Rippen;

Fig. 5a,eine geschnittene perspektivische Ansicht zweier Beispiele der Realisierung der bekannten Art der Erzeugung von Verankerungselementen durch Anspalten der Rippen, die gemäß dem vorliegenden Verfahren gefertigt wurden; und

Fig. 6 einen mit isolierender Preßmasse ausgepreßten Kommutator in einem Teilschnitt, worin der erfindungsgemäße Gegenstand verwendet ist.

Aus Fig. 1 bis 3 ist es ersichtlich, daß es sich um Rohlingsformen bzw. Arbeitsschritte*'zu deren Fertigung handelt, die in baulicher Hinsicht einfach und außerdem kostengünstig sind. Mit Bezug darauf, daß der Kern der Erfindung erst in dem in Fig. 4a gezeigten Arbeitsschritt zum Vorschein kommt, wird auf eine gründlichere Beschreibung der vorhergehenden Arbeits-

schritte aus praktischen Gründen verzichtet.

Das Ausgangselement für die Durchführung der Erfindung ist ein zylindrischer Mantel 1 in der einen oder der anderen Alternative nach Fig. 3a, 3b. Dieser Mantel besitzt ggf. schwächere Endabschnitte 1a, Ib und einen stärkeren Zwischenabschnitt 1c. Zur Durchführung weiterer Arbeitsschritte ist im Abschnitt 1a, der langer als der gegenüberliegende Abschnitt 1b ist und zur Ausbildung der Anschlußfahnen (vergl. Fig. 6) vorgesehen ist, ein Positionierungseinschnitt 1d ausgearbeitet.

In Fig. 4a ist der Zustand des zylindrischen Mantels 1 nach vollendetem Auseinanderschieben der Innenschicht des Mantelwerkstoffes dargestellt. Mit der strichpunktierten Linie A ist die ursprüngliche innere Kontur des stärkeren Abschnitts 1c angedeutet. Er war einer stauch- und knetweisen Deformation auf die Art des Grabenziehpflügens unterworfen, wobei die Masse der Innenschicht des Abschnitts 1c auseinandergeschoben worden ist und sie durch Fließen im wesentlichen in radialer Richtung axiale Längsrippen 2 mit je zwei Längsgraten 2a gebildet hat. Nach dem Ausziehen des nicht dargestellten Knetwerkzeuges, das aus einfachen, kranzweise angeordneten nadeiförmigen Elementen besteht, liegen zwischen ►den Rippen'2 Längsnuten 3 vor, deren Bodenfläche 3a der Außenfläche des zylindrischen Mantels 1 wesentlich näher als die ursprüngliche innere Kontur A liegt. Dadurch wird die erwünschte Reduzierung der Stärke des Materialbundes, der anschließend in Längsrichtung zerschnitten wird (Fig. 6), erzielt.

Aus Fig. 4a ist auch der hinsichtlich der Festigkeit günstige Querschnitt der Rippen 2 ersichtlich. Im wesentlichen handelt es sich um einen rechtwinkligen Querschnitt, der hinsichtlich der Festigkeit günstiger ist als der Querschnitt der bekannten, durch Walzen gebildeten Rippen, bei welchen ein Evolventenoder ein diesem ähnliches Profil vorlag.

- VQ- -

Im anschließenden Arbeitsschritt wird ins Innere des profilierten Mantels 1 ein nicht dargestellter zylindrischer Dorn eingedrückt, der die Masse der Längsgrate 2a in tangentialer Richtung auf die jeweilige Seite der Rippen 2 in den Bereich der benachbarten Nuten 3 auseinanderschiebt. Fig. 4b zeigt die Ausbildung des Erzeugnisses nach diesem Arbeitsschritt. Die primären Grate 2a sind nun in Grate 2b, die bezüglich ihrer Ausbildung und Orientierung Verankerungselemente der künftigen Lamellen bilden, umgewandelt.

Mit Bezug auf die gegebenen geometrischen oder dynamischen Verhältnisse kann man entweder schon das Erzeugnis im Behandlungsstand nach Fig. 4a oder aber nach dem Arbeitsschritt gemäß Fig. 4b weiter behandeln, in an sich bekannter Weise, indem man die Rippen 2 in Längsrichtung einschneidet und danach die Verankerungszinken 3¹, wie aus Fig. 5a, 5b ersichtlich, bildet.

Anschliessend wird der Kommutator mit isolierender Pressmasse ausgepresst, worauf der nicht ausgepresste Endabschnitt 1a zersägt wird, um Anschlussfahnen 4 zu ermöglichen, und in Längsrichtung auch der Mantel 1 zersägt wird, damit Lamellen mit dazwischenliegenden Luftspalten 6 entstehen. Dieser Zustand des Kommutators ist aus Fig. 6 erkennbar.

Claims

323025.7 PATENTANWÄLTE DR. KADOR & DR. KLUNKER

Kolektor p.o.
Vojkova 10
65280 Idrija
Jugoslawien

Kommutator-Halbfabrikat und Verfahren zu seiner Herstellung

Patentansprüche

( 1 ./ Verfahren zur Herstellung eines Kommutator-Halbfabrikats ^ mit inneren Längsrippen, die Steifigkeits- bzw. Verankerungselemente der Kommutatorlamellen darstellen, bzw. aus welchen die Verankerungselemente gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einem flachen Band, dessen Längsrandbereiche (1a, 1b) und nötigenfalls (in Abhängigkeit von der Kommutatorlänge) auch der mittlere Längsabschnitt in an sich bekannter Weise durch glattes Walzen dünner gemacht werden, wobei die Breite des einen Randbereichs größer als die Breite des anderen Randbereichs ist und in dem breiteren Randbereich nötigenfalls schon bei diesem Arbeitsschritt gleichmäßig verteilte Lappen (künftige Anschlußfahnen 4) ausgestanzt und abschließend aus Stücken vorgegebener Länge des derart behandelten Bandes zylindrische Ringstücke (1) geformt werden - aus der Innenschicht der

Masse des Zwischenabschnitts (1c) des zylindrischen Ringstücks (1) durch stauchendes, spanloses Auseinanderschieben des Werkstoffs in der Art eines Grabenzieh-Pflügens, bei welchem das Material vorwiegend in radialer Richtung wegfließt, je zwei Längsgrate (2a) aufweisende Längsrippen (2) gebildet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsgrate (2a) der Rippen (2) der künftigen Lamellen (5) des Kommutators derart verflacht werden, daß man die Masse der Grate (2a) knetend in tangentialer Richtung nach links und rechts der jeweiligen Rippe (2) umbiegt, in den Bereich der beim Bilden der Rippen (2) entstandenen Längsnuten (3).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus den derart ausgestalteten Längsrippen (2) Verankerungszinken (3¹) in an sich bekannter Weise durch Einschneiden der Rippen (2) in ihrer Längsrichtung und anschließendes Abbiegen der abgespalteten Abschnitte in Richtung zur Achse des Erzeugnisses ausgefertigt werden.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff zur Bildung der" Rippen schon vor dem Bilden des zylindrischen Ringstücks stauchend auseinandergeschoben wird.
5. Kommutator-Halbfabrikat, insbesondere nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt, in Zylinderform mit inneren Längsrippen, die Steifigkeits- b.zw. Verankerungselemente der Kommutatorlamellen darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrippen (2) je zwei Längsgrate (2a) aufweisen.
6. Kommutator-Halbfabrikat nach Anspruch 5, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die Längsgrate (2a) der Rippen (2) der künftigen Lamellen (5) des Kommutators derart verflacht sind, daß die Masse der Grate (2a) in tangentialer Richtung nach links und rechts der jeweiligen Rippe (2) umgebogen ist, in den Bereich der Längsnuten (3) seitlich der Rippen (2).
7. Kommutator-Halbfabrikat nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrippen (2) Verankerungszinken (3'), die in Richtung zur Achse des Erzeugnisses abgebogen sind, aufweisen.