DE381719C - Stromwender mit metallischer Tragbuechse fuer elektrische Maschinen - Google Patents

Description

(T 23881

Die Erfindung betrifft einen aus verhältnismäßig wenig Teilen bestehenden, sehr haltbaren und dichten Stromwender, der unter Ersparnis an Stahl und Kupfer billig herstellbar ist, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Ein Hauptmerkmal der Erfindung liegt darin, daß die die Stromwenderstege tragende metallische Büchse aus einem Stück mit den beiden seitlichen Preßringen besteht, die durch Biegen oder Stauchen zu dichtem Anliegen an in üblicher Weise angeordnete und isolierte Preßflächen der Stromwenderstege gebracht sind.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.

AbIx ι ist ein Aufriß, zum Teil im Schnitt, einer vorzugsweise benutzten Tragbüchse oder Spule.

Abb. 2 veranschaulicht die Vorrichtung für die Vorpressung vor Vornahme der letzteren.

Abb. 3 zeigt die gleiche Vorrichtung am Ende des ersten Preßganges.

Abb. 4 ist eine der Abb. 2 entsprechende Darstellung der für die zweite Stufe des Preß-Vorganges benutzten Vorrichtung vor dem Arbeitshube,

Abb. S eine entsprechende Darstellung der Vorrichtung unmittelbar vor der Fertigpressung.

Abb. 6 veranschaulicht einen Schnitt durch den Stromwender nach dem leizten Preßgang, wobei er bis auf das Abrichten und Fertigmachen vollendet ist.

Abb. 7 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung eines Stromwenders, dessen Stege die Klemmflanschen der Büchse nicht überragen, in der Stellung vor dem ersten Preßgang. Abb. 8 zeigt den gleichen Stromwender vor dem zweiten und letzten Preßgang.

Abb. 9 ist eine Ansicht des fertigen Stromwenders, zum Teil im Schnitt.

Die Abb. io bis 19 zeigen teils im Schnitt, teils in der Ansicht weitere Formen von einstüekigen Tragbüchsen oder Spulen sowie die mittels derselben hergestellten Stromwender. Bei den bisherigen metallischen Tragbüchsen für die Stege von Stromwendern bildet mindestens einer der Preßringe ein selbständiges Stück. Dabei werden die Stege nach Zusammenstellung um den Kern der Büchse vielfach mit nur mäßigem Druck in ihrer Stellung befestigt, indem einer oder beide der Preßringe einwärts gepreßt werden, und alsdann die Dauerbefestigung durch eine Mutter o. dgl. bewirkt wird, oder mittels Umbördelns des hülsenförmigen Kernes der Spule über die äußere Seite des aufgeschobenen Ringes.

Die Tragbüchse besteht mithin stets aus mindestens zwei Teilen und mindestens ein Preßring muß in seiner Lage besonders gesichert werden. Solche Stromwender befriedigen nicht völlig-, da nicht nur der Ausschuß bei der Herstellung infolge Körper- oder Kurzschlusses oder ungenügender Festklemmung der Stege ein verhältnismäßig großer ist, sondern häufig auch, besonders bei hohen Drehzahlen, im Betriebe Verlagerungen der Teile auftreten.

Diese Nachteile werden durch die Erfindung vermieden. Gewisse Merkmale der Erfindung, insbesondere, soweit es sich um das Herstellungsverfahren handelt, könnten auch an einer mehrteiligen Stromwenderbüchse verkörpert werden. In allen Fällen ist indessen die einteilige Tragbüchse vorzuziehen, die daher hier allein dargestellt ist. Bei der bevorzugten Ausführung nach Abb. r bis 6 hat die Tragspule oder Büchse 10 einen zylindrischen Kern 11 mit einer mittleren Bohrung 12. Der Kern besteht aus einem Stück mit den beiden Preßringen 13, die vor dem Pressen in der Hauptsache auswärts ragen, aber so, daß ihre äußere Ringfläche einen Winkel von annähernd 45 ° — im Beispielsfalle etwas weniger — gegen die Längsachse der Spule bildet. Die Stirnseiten der Spule weisen kugelförmige oder kegelförmige Aussparungen 14 konzentrisch zur Achse auf. Diese sollen bewirken, daß das Metall sich an den richtigen Punkten, und zwar an der dünnsten Stelle, biegt, wenn bei den verschiedenen Abschlußvorgängen Druck darauf ausgeübt wird.

Die als Preßringe dienenden Flanschen 13 haben im wesentlichen parallel gerichtete innere Klemmflächen 15, an die sich die vorstehend erwähnten unter etwa 45 ° zur Achse der Spule auswärts geschrägten äußeren Flanschflächen 16 anschließen. Abb. 2 zeigt, daß der Abstand zwischen den Flächen 15 langer als die Schwalbenschwänze der Stege : ist, damit die Flanschen in die richtige Form und Lage gepreßt werden können. Die Kupferstege 17 weisen in bekannter Weise die Schwalbenschwänze iy^a und die überhängenden Enden 17⁶ auf. Die Stege werden unter Zwischenlegung von Glimmer oder sonstwie ¹ geeignetem Isolierstoff um den Kern des j Halters herum zusammengestellt und dabei ! durch eine Haltevorrichtung festgehalten.

Zwischen die inneren Klemmflächen der Flanschen 13 und die Preßflächen der Stegschwänze 17⁰ werden Isolierringe 18, vorzugs-■ weise aus Glimmer, gelegt. Ebenso werden an der Innenseite der überhängenden Stegteile 17* ringförmige Streifen 19 aus Glimmer o. dgl. angeordnet.

Erfindungsgemäß ist auch für die inneren Kanten der Stege eine unnachgiebige isolierende Abstützung vorgesehen, damit ein außerordentlich scharfer Achsialdruck auf die das Festklemmen der Stege bewirkenden Flanschen der Tragbüchse ausgeübt werden kann. Zu diesem Zweck wird zwischen den inneren Kanten der Stegschwänze und dem Kern der Tragbüchse ein Isolierstoff angebracht, der, wie beispielsweise Bakelit oder mit Bakelitschellack getränkter Asbest, für gewöhnlich plastisch oder halbplastisch ist, durch eine geeignete Behandlung aber hart und unnachgiebig gemacht werden kann. Diese Isolierung wird um den Kern der Tragbüchse gewickelt, bevor die Stromwenderstege darauf angebracht werden. Beim Ausführungsbeispiel sind zwei Isolierbüchsen oder Isolierringe 20 mit einem Zwischenraum zwischen beiden vorgesehen, in welchen die nachgiebige plastische Isolation bei Ausübung des Druckes bei dem ersten Preßgang ausweichen kann, bevor ihre Erhärtung herbeigeführt wird.

Das Zusammenpressen der Teile nach dem Zusammenstellen geschieht in mehreren Arbeitsgängen. Bei dem ersten werden die Klemmflächen der Flanschen 13 so weit einwärts gebogen, daß sie ein Auseinanderfallen der Stege und isolierenden Zwischenlagen verhindern. Hierbei wird Achsialdruck auf die beiden Stirnseiten der Spule und zweckmäßig auch radialer Druck auf die Stege ausgeübt. Es dient hierzu ein Gesenk oder eine Presse nach Art der Abb. 2, bestehend aus einem Oberstempel 20 in einem Halter 21, der von einem senkrecht beweglichen Kolben getragen w ird, und einem Untergesenk 22, das in einem

Halter 23 ruht. Zwischen den beiden Gesenkteilen ist ein senkrecht verschiebbarer oder nachgiebiger, vielteiliger Klemmring 24 vorgesehen, der die zusammengestellten Strom wenderstege in der durch Abb. 2 dargestellten Art aufnimmt und zusammenschiebbar ist, so daß er einen Radialdruck auf die Stege ausüben kann. Die Mantelfläche der diesen Ring bildenden Blöcke oder Stücke ist übereinstimmend mit der Innenfläche eines unteren einstückigen Aufnahmeringes 25, in welchen der vielteilige Klemmring 24 beim Abwärtshub des Kolbens eingetrieben wird,, konisch geformt.

Die mit den Flanschen der Stromwenderbüchse bei dem Zusammenpressen in Eingriff tretenden Flächen der Gesenkteile 20 und 22 sind einheitlich so gestaltet, daß sie die Flanschen in den geeigneten Richtungen und in die gewünschte Lage biegen. Wird das Gesenk durch den Abwärtshub des Preßkolbens geschlossen, so drückt der Oberstempel 20 auf die Oberseite der Tragspule und treibt diese samt den Stegen und dem vielteiligen Klemmring 24 unter gleichzeitigem Radialdruck auf die Stromwenderstege abwärts. Bei diesem Vorgang treten die äußeren Enden der Gesenkteile 20 und 22 in die Aussparungen 14 ein, erfassen zuerst die oberen und unteren Enden der Flanschen und 'treiben diese zunächst seitlich auswärts. Wenn dies bis zu einem bestimmten Maße geschehen ist, so wird die Auswärtsbewegung durch Ansätze 26 gehemmt. Es wird dadurch verhindert, daß die Isolierringe 19 beschädigt oder verdrängt werden. Die weitere Vorwärtsbewegung der Gesenkteile treibt die Spulenflanschen dann achsial einwärts, wobei die zwischen den Flächen 15 und 16 liegenden abgeschrägten Flanschenteile zu losem Eingriff in die V-förmigen Nuten an den Enden der zusammengestellten Stromwenderstege gebracht werden. Am Ende dieses ersten Arbeitsvorganges sind die Stromwenderstege noch nicht völlig festgeklemmt, wohl aber sind alle Teile genügend zusammengehalten und so weit vorgebogen, daß nunmehr zu dem zweiten Preßgang geschritten werden kann, bei welchem schärferer Druck in achsialer und radialer Richtung zur Anwendung kommt. Für diesen zweiten sowohl wie für den dritten Arbeitsgang wird zweckmäßig ein Gesenk nach Abb. 4 verwendet, dessen Oberteil 27 und Unterteil 28 von Haltern 29 und 30 getragen werden.

Der Oberstempel wird wieder durch einen Kolben bewegt, während der Unterstempel nachgiebig gelagert ist. Zu dem Gesenk gehört ferner ein vielteiliger Ring 31, dessen Teile durch Spreizarme 32 einwärts bewegbar sind, so daß sie die Stege gleichzeitig- mit dem Anstauchen oder Einwärtsbiegen der Flan- ! sehen durch die Gesenkteile 27 und 28 iatlial einwärts pressen. Bei diesem zweiten Preßvorgang werden die Flanschen weiter vorwärts, jedoch noch nicht ganz bis in ihre Endlage einwärts getrieben. Der durch die Flanschen auf die Stromwenderstege dabei ausgeübte Druck hat etwa die Größe des stärksten bei den gebräuchlichen Herstellungsverfahren angewendeten Druckes. Er ist indessen weit ; geringer als der endgültige Achsialdruck, wel- : chem die Tragbüchse im letzten Preßgang unterworfen wird.

Bei der zweiten Arbeitsstufe ist die Isolierung 20 noch weich oder nachgiebig und ί kann daher nicht als ein festes Widerlager j dienen.

Um letzteres zu erreichen, wird der Stromwender zwischen dem zweiten und letzten Preßgang in einem Ofen erhitzt oder gebacken, ί bis die zwischen dem Büchsenkern und den \ Innenkanten der Stegschwänze liegende Iso- ! lierung vollständig erhärtet oder aus ihrer '■ plastischen Form in den harten, unnach- : giebigen Endzustand übergeführt ist. Während dieses Backprozesses dehnt sich die Isolierung und füllt etwaige kleine Zwischenräume auf der Innenseite des Stromwenders vollständig aus. Alsdann wird der Stromwender wieder in das Gesenk nach Abb. 4 gebracht, das nunmehr mit Preßstempeln 33 und 34, wie in Abb. 5 angedeutet, versehen ist. Diese Stempel besitzen die geeignete Form für die Fertigpressung. Der Klemmring 31 entspricht demjenigen nach Abb. 4. Wie bereits beschrieben, beträgt der jetzt aufgewendete Achsialdruck ein Vielfaches des Druckes bei der zweiten Verfahrensstufe. Der Radialdruck kann dabei dem bei der zweiten Stufe benutzten entsprechen. Der außerordentlich starke Achsialdruck wird nur durch die Anordnung des unnachgiebigen Widerlagers für ^: die Innenkanten der Schwalbenschwänze möglich.

Im letzten Preßgang werden die Stege fest ■ einwärts gegen das nunmehr harte isolierende Widerlager und die Flanschen der Tragbüchse fest einwärts gegen die schrägen isolierten . Enden der Stegschwänze gepreßt.

Infolge der außergewöhnlichen Größe des Achsialdruckes und der Form der Gesenke kommt ein wirkliches Fließen oder Ziehen des Metalls beider Flanschen zustande, so daß die Flanschen die V-förmigen Nuten in den Enden der Stromwenderstege vollständig ausfüllen. Außerdem zeigt sich — und zwar wahrscheinlich wiederum als Folge des erwähnten Fließens des Metalls — praktisch keinerlei Steigung der Flanschen zum Zurückfedern beim Aufhören des Druckes und Zurückbewegen des Stempels.

Der Stromwender ist nunmehr fertig und

bedarf nur noch der Abrichtung. Er hat das Aussehen nach Abb. 6. Seine Stege sind auf der ganzen Auflagefläche gestützt und sicher festgeklemmt, d. h. sowohl längs der Innenfläche der überhängenden Enden und der schrägen Kanten der Schwalbenschwänze als auch längs der Innenkanten, wo sie durch die Flanschen fest gegen das Bakelitwiderlager gepreßt werden. Da ein auf diese Weise hergestellter Stromwender keinerlei öffnungen aufweist, so besteht keine Möglichkeit zum Lockerwerden der Stege. Dank dem erhärteten Isolierwiderlager zwischen den Innenkanten der Segmente und dem Spulenkern findet bei dem Pressen auch kein Zerbrechen oder Herausschlüpfen des Glimmers statt, das zu Kurzschlüssen zwischen den Stegen führen könnte.

In den Abb. 7 bis 9 ist eine einfachere Ausführungsform dargestellt. Hierbei wird eine Tragspule 35 mit zylindrischem Kern 36 benutzt, an dessen Enden sich aus einem Stück damit bestehende ganz oder annähernd radiale Flanschen befinden. Die Segmente 38 haben keine überragenden Teile..

Die einzelnen Teile werden hierbei wieder in der früher beschriebenen Art zusammengestellt, d. h. die Stege werden unter Trennung durch Glimmer o. dgl. um den Kern der Spule gesammelt. Ferner werden Ringe aus Glimmer oder sonst geeignetem Isolierstoff zwischen die Flanschen und die Stege gelegt, und der Spulenkern wird mit einem das isolierende Widerlager bildenden Isolierstoff 40 umkleidet.

Bei dieser Ausführungsform der Tragbüchse sind nur zwei Preßgänge nötig. Das erste Preßgesenk ähnelt demjenigen nach Abb. 2 oder 4 und besteht aus Ober- und Unterstempel 41 und 42, wobei der Oberstempel durch einen Kolben beweglich ist, sowie einem vielteiligen Verschlußring 42", mit dem gleichzeitig mit dein Enddruck der Stempel ein radialer Einwärtsdruck auf die Stege ausgeübt werden kann. Dieser Ring schiebt sich vermöge einer schrägen Aufnahmepfanne, wie in Abb. 2. oder vermöge von .Spreizarmen, wie in Abb. 4, zusammen.

Abb. 7 zeigt die Zusammenstellung in der Preßvorrichtung fertig für den ersten Preßgang. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens werden die Flanschen S7 einwärts auf die isolierten Schrägflächeii der Schwalbenschwänze gestaucht, und gleichzeitig werden die Stege durch die Zusammenziehung des Ringes 42 radial einwärts gepreßt. Der dabei ausgeübte starke Druck ist so begrenzt, daß er die Schwänze nicht verbiegen oder den Glimmer beschädigen kann. Der Stromwenderkörper erscheint am Ende des ersten Preßvorganges in der Form nach Abb. 8, in welcher er für den zweiten und letzten Preßgang vorbereitet ist.

Nach der ersten Stufe des Preßverfahrens wird der Stromwender im Backofen erhitzt, bis die Isolierung 40, wie vorher beschrieben, erhärtet ist. Dann wandert er von neuem unter die Presse, und auf die Flanschen wird nunmehr ein verstärkter achsialer Enddruck ausgeübt, während die Stege wieder unter radialem Druck stehen. Bei dem letzten Preßgang wird, wie bei dem ersten Beispiel, ein Auswärtsfließen oder Ziehen des Metalls der Flanschen herbeigeführt, so daß diese wiederum keine Neigung zum Zurückfedern zeigen. Abb. 9 zeigt den fertigen Stromwender.

In jedem Falle besteht die Tragbüchse der Spule aus Stahl von solchen Eigenschaften, daß die Flanschen in die Klemmlage einwärts gestaucht werden können. .

Bei der Spule nach Abb. 10 stehen die Klemmflanschen 45° radial zum Kern wie bei der Spule nach Abb. 7, während die Außenflächen der Flanschen bei 45* geschrägt sind. Bei Herstellung des Stromwenders 46 nach Abb. 11 werden diese Flanschen einwärts gestaucht, so daß ihre schrägen Flächen fest gegen die zur Abdeckung der überhängenden Teile der Stege dienende Isolierung geklemmt werden.

Die Tragspule nach Abb. 12 gleicht hinsichtlich der Flanschen derjenigen nach Abb. 1. Hier sind aber die erweiterten öffnungen 47'' an den Stirnseiten der Spule nicht kugelförmig, sondern kegelförmig gestaltet. Diese Spule liefert einen Stromwender 48 nach Abb. 13.

Die Tragbüchse 49 der Abb. 14 ähnelt ebenfalls dem Halter nach Abb. 1, nur daß hier die Flanschen 49^s an der Verbindungsstelle der inneren Preßflächen und der äußeren geschrägten Flächen abgerundet sind. Hiermit ergibt sich der Stromwender 50 nach Abb. 15.

In Abb. 16 ist eine einstückige Spule 51 dargestellt, die aus Blech herstellbar ist. Hierbei besitzen die Klemmflanschen parallele Preßflächen 51", die über die isolierten Stegschwänze einwärts gestaucht werden können. Seitlich ragende Teile 51 ^b werden fest gegen die isolierten überhängenden Teile der Stege gepreßt, wie dies der fertige Stromwender 52 nach Abb. 17 zeigt. Abb. 18 zeigt einen einstückigen Halter 53 ohne Wellenbohrung mit massivem, zylindrischem Körper 53" und Flanschen 53''. Dieser Halter ergibt den Stromwender 54 nach Abb. 19. Der massive Kern kann nachträglich eine Wellenbohrung erhalten oder auch aus einem Stück mit der Welle *,?>^c bestehen, welche die Ankerwelle selbst sein kann.

Der neue Stromwender ist den bisherigen mit mehrteiligen Tragbüchsen zunächst hinsichtlich Zuverlässigkeit der Konstruktion und

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hinsichtlich der wirksamen Art überlegen, in welcher jeder Stromwendersteg sicher festgehalten und an jedem Punkte einer Auflagerkante festgespannt wird. Gleichzeitig werden infolge Verwendung der einteiligen Tragbüchse die Herstellungskosten verringert. Beispielsweise kann eine solche Büchse billiger und rascher als die Teile einer zwei- oder dreiteiligen Spule hergestellt werden. Sie er- ;

ίο fordert auch weniger Baustoff als eine Spule ' aus zwei oder drei Stücken, und es kann eine billigere Glimmerisolierung zwischen den Klemmflanschen und den Endflanschen der Stege verwendet werden, da eine Isolierung von Ringform und Röhrenform sich benutzen läßt, die weit billiger als die sonst erforderliche Isolierungsform ist. Ferner wird der Prozent- , satz der wegen fehlerhafter Isolierung zu ver- ; werfenden fertigen Stromwender sich außer- :

ordentlich verringern, wenn nicht verschwin- ; den. Außerdem kann auch die Gesamtlänge ■ des Stromwenders mit einteiliger Tragbüchse j bei gleicher Breite der Bürstenfläche geringer ^; gehalten werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß es unnötig ist, die überragenden ; Teile der Stromwenderstege schräg abzu- I schneiden, um ein vollständiges Ausfüllen der Endnuten der Stege durch die Flanschen zu gewährleisten, im Gegensatz zu dem bisherigen Verfahren, das zur Einführung der Preßringe in die Ringnuten oder Kanäle eine solche Abschrägung erfordert.

Claims (9)

1. Patent-Ansprüche:

   r. Stromwender mit metallischer Tragbüchse für elektrische Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Büchsenkern aus einem Stück mit den beiden seitlichen Preßringen besteht, die durch Biegen oder Stauchen zu dichtem Anliegen an in üblicher Weise angeordnete und isolierte Preßflächen der Stromwenderstege gebracht sind.
2. 2. Stromwender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer den die Stege einwärts ziehenden Preßflächen der Klemmflanschen weitere Anlageflächen an j der Tragbüchse vorgesehen sind, die sich i fest gegen die Innenkanten und überhän- | genden Teile der Stege legen und diese auswärts zu drücken suchen.
3. 3. Stromwender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flansch nahe seiner Verbindung mit dem zylin- j

   drischen Kern dünner als an seinem Um- j fange ist, wobei diese Verjüngung durch : eine an jeder Stirnseite der Tragbüchse j ausgesparte kugel- oder kegelförmige Vertiefung bewirkt sein kann.
4. 4. Stromwender nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmflanschen unter einem Winkel gegen die inneren Klemmflächen gerichtete äußere Preßflächen besitzen.
5. 5. Verfahren zur Herstellung eines Stromwenders nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Tragbüchse längs ihrer Preßflächen mit einem harten druckfesten Isolierwiderlager ausgekleidet wird und die Klemmflanschen alsdann nach Einsetzen der Stromwenderstege um den Büchsenkern herum mittels einer geeigneten Preßvorrichtung durch stetig wachsenden Achsialdruck unter gleichzeitiger Anwendung eines auf die Mantelfläche der Stege wirkenden und diese gegen das Widerlager pressenden radialen Druckes zu dichtem Anliegen an die Stirnflächen der Stege gebracht werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als isolierendes Widerlager für die Innenkanten der Stegschwänze ein zunächst nachgiebiger, durch Erhitzung härtbarer Stoff, wie Bakelit, verwendet wird und die Umwandlung dieses Stoffes in den Endzustand, nach Zusammenbau des Stromwenders, und zwar zweckmäßig nach der Vorpressung, bewirkt wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anpressen der Klemmflanschen an die isolierten Preßflächen der Stege durch Anwendung eines solchen starken Druckes erfolgt, daß das Metall der Flanschen fließt oder gezogen wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem Stück mit dem Büchsenkern bestehenden Preßringe allmählich in die Klemmstellung durch einen Druck gebracht werden, der in mehreren aufeinanderfolgenden - Arbeitsgängen zur Wirkung kommt.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmflanschen in die Endlage in zwei oder mehr Preßgängen gebogen oder gestaucht werden, bei deren ersterem die AuswärtsbewQgung der Flanschen begrenzt wird, während bei den nachfolgenden Preßstufen die Flanschen gegen die Stirnflächen und der überhängenden Teile der Stege gepreßt werden, wobei ein Auswärtsfließen des Flanschenmetalls erfolgt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.