DE4201593C2 - Kommutator für elektrische Maschinen und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kommutator für elektrische Ma­ schinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfah­ ren zu seiner Herstellung.

Aus der DE-PS 11 55 528 ist bereits ein derartiger Kommutator für elektrische Maschinen und dessen Herstellverfahren bekannt, wobei die einzelnen Kommutatorlamellen auf zwei stirnseitig angeordnete Armierungsringe zu einem Lamellenkörper ringförmig angeordnet wer­ den, indem die Armierungsringe in entsprechende stirnseitige Aus­ sparungen an den Lamellen eingesetzt werden, bevor der von einem Dorn aufgenommene Lamellenkörper in eine Preßform gegeben, der Dorn entfernt und der Lamellenkörper mit einer dazu konzentrisch angeord­ neten Nabe in einer Isolierstoff-Preßmasse verankert wird. Um die Lamellen auf einem vorgegebenen Abstand voneinander zu halten, sind an dem die Armierungsringe umgebenden Isolierstoff Abstandsrippen angeordnet, an die die Lamellen seitlich anliegen. Nachteilig bei einem derartigen Kommutator ist, daß der Lamellenkörper vor dem Ver­ pressen mit der Nabe durch besondere Maßnahmen zusammengehalten werden muß und daß die Armierungsringe durch besondere Fixierstollen in der Preßvorrichtung beim Verpressen der Isolierstoff-Preßmasse gegen axiales Herausdrücken aus den Aussparungen der Lamellen gehal­ ten werden müssen.

Mit der vorliegenden Erfindung soll nunmehr beim Kommutator der Lamellenkörper vor dem Verpressen und während des Verpressens durch möglichst einfache Maßnahmen zusammengehalten und ein Wegdrücken der Armierungsringe durch die Preßmasse verhindert werden.

Der erfindungsgemäße Kommutator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß die an die Armierungsrin­ ge und Lamellenaussparungen angeformten Rastmittel einerseits den Lamellenkörper vor dem Verpressen zusammenhalten und andererseits ein Herausdrücken der Armierungsringe aus den Aussparungen der Kom­ mutatorlamellen während des Verpressens verhindern. Bei dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines solches Kommutators nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 5 ist von Vorteil, daß durch die Verrastung der Lamellen an den Armierungsringen eine automatische Montage des Lamellenkörpers und ein unproblematischer Transport des vorgefertigen Lamellenkörpers zur Preßvorrichtung sowie eine automatische Kunststoffverpressung ohne zusätzliche Haltevorrichtung für die Armierungsringe möglich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentan­ spruch 1 angegebenen Merkmale. So ergibt sich eine besonders günsti­ ge Ausbildung der Rastmittel dadurch, daß zwischen den Abstands­ rippen am Isolierstoff des Armierungsringes axial nach außen gerichtete Rastnasen angeformt sind, die in entsprechende Ausneh­ mungen an den Lamellenaussparungen eingreifen. Für die Vormontage des Lamellenkörpers ist ferner vorteilhaft, daß die der Rastnase gegenüberliegende Seite des Armierungsringes zur Lamellenaussparung einen Abstand hat, der etwa der Höhe der Rastnase entspricht, so daß die Armierungsringe leicht in die Aussparungen der Lamellen einzu­ setzen sind. Ein zuverlässiger Zusammenhalt des vormontierten Lamel­ lenkörpers ergibt sich außerdem dadurch, daß die Rastmittel an der radial außenliegenden Seite der Armierungsringe und der Lamellenaus­ sparungen angeordnet sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 den vorgefertigten Lamellenkörper, Fig. 2 Lamelle und Armierungsring vor der Verrastung, Fig. 3 zeigt einen mit Iso­ lierstoff verpreßten Kommutator und Fig. 4 einen vergrößerten Aus­ schnitt im Bereich einer Verrastung von Lamelle und Armierungsring am fertigen Kommutator.

Zur Herstellung eines in Fig. 3 dargestellten und mit 10 bezeichne­ ten Kommutators für elektrische Maschinen werden zunächst einzelne gestanzte und geprägte Kupferlamellen 11 gemäß Fig. 1 und 2 zu einem Ring angeordnet, bei dem die Kupferlamellen 11 voneinander einen bestimmten Abstand haben. An den Stirnseiten 12 der Lamellen sind jeweils in Fig. 2 erkennbare Aussparungen 13 vorgesehen, in welche von den Stirnseiten der Kupferlamellen her jeweils ein Armie­ rungsring 14 eingesetzt wird. Im Umfangsbereich der Aussparungen 13 liegen die Kupferlamellen 11 an Abstandsrippen 15 an, die aus einem die Armierungsringe auf drei Seiten umgebenden Isolierstoff 16 herausgebildet sind, so daß sie gemäß Fig. 1 die Kupferlamellen 11 auf einen vorgegebenen Abstand voneinander halten.

Aus Fig. 2 ist erkennbar, daß die aus Metall, vorzugsweise aus Stahl hergestellten Armierungsringe 14 auf ihrer radialen Innenseite 14a zunächst frei von umgebenden Isolierstoff 16 sind. Ferner ist erkennbar, daß zwischen den in Fig. 1 erkennbaren Abstandsrippen 15 am Isolierstoff 16 der Armierungsringe 14 axial nach außen gerichte­ te Rastnasen 17 auf der radial außenliegenden Seite der Armierungs­ ringe 14 angeformt sind und daß entsprechende Ausnehmungen 18 an der radial außenliegenden Seite der Lamellenaussparungen 13 ausgestanzt sind. Schließlich ist aus Fig. 2 noch erkennbar, daß die Lamellen­ aussparungen 13 in radialer Richtung um die Höhe der Rastnasen 17 an den Armierungsringen weiter sind als die radiale Dicke der Armie­ rungsringe 14 mitsamt des sie umgebenden Isolierstoffes 16.

Um einen einfach zu transportierenden, vorgefertigten Lamellenkörper 20 gemäß Fig. 1 zu erhalten, werden die Kupferlamellen 11 zunächst auf einen größeren Außendurchmesser ringförmig in einer Haltevor­ richtung 19 aufgenommen. Danach werden die Armierungsringe 14 an den Stirnseiten in Axialrichtung über die auf dem kleineren Radius lie­ gende Seite 13a der Lamellenaussparungen gemäß Fig. 2 in die jewei­ ligen Lamellenaussparungen 13 eingesetzt. Anschließend werden die Kupferlamellen 11 radial nach innen gedrückt, indem der Lamellenring durch radiales Zusammendrücken im Durchmesser reduziert wird. Da­ durch werden nunmehr die Rastmittel an den Armierungsringen 14 und an den Aussparungen 13 der Kupferlamellen 11 zum Eingriff gebracht, indem - wie aus Fig. 4 erkennbar - die nach außen gerichteten Rast­ nasen 17 am Isolierstoff 16 der Armierungsringe 14 in die entspre­ chenden Ausnehmungen 18 an den Lamellenaussparungen 13 eingreifen.

In dem so vorgefertigten Lamellenkörper 20 sind die Armierungsringe 14 nunmehr in den Lamellenaussparungen 13 gegen Axialverschiebung gesichert.

Der Lamellenkörper 20 gelangt nunmehr ohne zusätzliche besondere Maßnahmen, z. B. auf automatischen Transportbändern oder dergleichen zur Isolierstoff-Verpressungs-Station, wo er in eine nicht darge­ stellte Preßform eingelegt wird, in welche außerdem in bekannter Weise eine metallische Nabe 21 auf einem ebenfalls nicht dargestell­ ten Dorn konzentrisch zum Lamellenkörper 20 eingesetzt wird. Sodann werden in der Preßform sämtliche Zwischenräume zwischen den Kupfer­ lamellen 11, den Armierungsringen 14 und der Nabe 21 mit einer bei entsprechend hohen Temperaturen fließenden Isolierstoff-Preßmasse 22 ausgefüllt und diese anschließend ausgehärtet. Dabei werden sowohl die Kupferlamellen 11 als auch die Armierungsringe 14 und die Nabe 21 in der verrasteten Anordnung in der Preßmasse 22 verankert.

In Fig. 3 ist ein solcher der Preßform entnommener Kommutator er­ kennbar, der nun lediglich noch am Außenumfang der Kupferlamellen 11 zur Erzeugung einer Lauffläche für die mit ihm zusammenwirkenden nicht dargestellten Kohlebürsten einer elektrischen Maschine abge­ dreht werden muß. Gegebenenfalls werden außerdem noch zwischen den Kupferlamellen 11 flache Schlitze ausgesägt.

Aus Fig. 4 ist erkennbar, daß am vorgefertigten und sodann verpreß­ ten Lamellenkörper 20 die innenliegende Seite 14a der Armierungs­ ringe 14 zur Innenseite 13a der Lamellenaussparungen 13 einen Ab­ stand hat, der etwa der Höhe der Verrastung der Rastnasen 17 mit den Ausnehmungen 18 entspricht. Bei der Isolierstoff-Verpressung wird dann - wie Fig. 4 zeigt - dieser Spalt 23 mit der Preßmasse 22 aus­ gefüllt, so daß der metallische Armierungsring 14 auch an seiner Unterseite 14a gegenüber den Kupferlamellen 11 isoliert ist.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel be­ schränkt. So können beispielsweise die Armierungsringe 14 auch aus Stahldrähten gewickelt sein oder aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial bestehen, welches von sich aus gegenüber den Kupferlamellen isolierend ist. Bei Verwendung von Armierungsringen 14 aus kohlefaserverstärktem Kunststoff ergibt sich durch den nega­ tiven Ausdehnungskoeffizienten der zu einem Ring ausgerichteten Kohlefasern der Vorteil, daß sich die Armierungskraft mit zunehmen­ der Temperatur erhöht. Bei thermischer Belastung wird somit in den Armierungsringen eine radiale Vorspannung für den Zusammenhalt der Lammellen 11 aufgebaut.

Außerdem kann die Verrastung auch auf der Innenseite der Armierungs­ ringe 14 und der Lamellenaussparungen 13 erfolgen. In diesem Fall wären die Kupferlamellen des Kommutators zur Verrastung mit den Armierungsringen radial nach außen zu drücken. Stattdessen ist es aber auch möglich, zur Verrastung der Kupferlamellen an den Armie­ rungsringen nur die unter den Armierungsring 14 reichenden Fuß 14b der Kupferlamellen radial nach außen zu drücken, sofern der Armie­ rungsring 14 gegenüber den Kupferlamellen ausreichend isoliert ist. Schließlich ist es auch möglich, die Rastnasen an den Kupferlamellen 11 und die entsprechenden Ausnehmungen am Isolierstoff der Armie­ rungsringe 14 anzubringen. Unabhängig von der Ausbildung und Anord­ nung der Verrastung ist diese Lösung auch nicht auf die Verwendung von Kupferlamellen beschränkt, da hierfür auch andere Materialien verwendbar sind, sofern sie eine ausreichende mechanische Festigkeit und eine verlustarme Stromleitung gewährleisten.

Claims (6)

1. Kommutator für elektrische Maschinen mit einer Anzahl von außen­ liegenden Metallamellen, die mit Abstand voneinander durch Armie­ rungsringe zu einem Lamellenkörper vormontiert und zusammen mit einer Nabe zur Befestigung auf einer Maschinenwelle in einer Iso­ lierstoff-Preßmasse verankert sind, wobei die Metallamellen zur Auf­ nahme der Armierungsringe mit Aussparungen versehen sind, die an Abstandsrippen anliegen, welche aus einem die Armierungsringe umge­ benden Isolierstoff herausgebildet sind, um die Metallamellen auf einen vorgegebenen Abstand voneinander zu halten, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen den Abstandsrippen (15) an mindestens einem axialen Bereich des die Armierungsringe (14) umgebenden Isolier­ stoffes (16) und an dem an diesem Bereich radial angrenzenden Bereich der Lamellenaussparung (13) axial zusammenwirkende Rastmittel (17, 18) angeformt sind, welche die Armierungsringe (14) in den Lamellen­ aussparungen (13) gegen Axialverschiebung sichern.

2. Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Abstandsrippen (15) am Isolierstoff (16) des Armierungsringes (14) axial nach außen gerichtete Rastnasen (17) angeformt sind, die in entsprechende Ausnehmungen (18) an den Lamellenaussparungen (13) eingreifen.

3. Kommutator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Rastnase (17) gegenüberliegende Seite des Armierungsringes (14) zur Lamellenaussparung (13) einen Abstand (23) hat, der etwa der Höhe der Verrastung der Rastnasen (17) mit den Ausnehmungen (18) entspricht.

4. Kommutator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Armierungsringe (14) aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff bestehen.

5. Kommutator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rast­ mittel (17, 18) an der radial außenliegenden Seite der Armierungs­ ringe (14) und der Lamellenaussparungen (13) angeordnet sind.

6. Verfahren zur Herstellung eines Kommutators nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, bei dem ein Lamellenkörper aus ringförmig neben­ einander angeordneten und durch Armierungsringe auf Abstand gehal­ tene Metallamellen gemeinsam mit einer konzentrisch dazu liegenden Nabe in einer Isolierstoff-Preßmasse verankert ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Metallamellen (11) zunächst auf einem größeren Außendurchmesser ringförmig in einer Haltevorrichtung (19) aufge­ reiht, danach die Armierungsringe (14) über die auf dem kleineren Radius liegende Seite (13a) der Lamellenaussparungen (13) in diese Lamellenaussparungen eingesetzt und anschließend die Metallamellen (11) radial nach innen gedrückt werden, so daß zur Bildung des vor­ gefertigten Lamellenkörpers (20) die Rastmittel (17, 18) an Armie­ rungsring (14) und Aussparung (13) zum Eingriff gebracht werden.