DE4315619A1

DE4315619A1 - Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Profilbands und elektrisch leitfähiges Profilband

Info

Publication number: DE4315619A1
Application number: DE19934315619
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Rosenstein; Heinrich Klenen
Original assignee: Stolberger Metallwerke GmbH and Co KG
Current assignee: Stolberger Metallwerke GmbH and Co KG
Priority date: 1993-05-11
Filing date: 1993-05-11
Publication date: 1994-11-17

Description

Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zur Herstel lung eines elektrisch leitfähigen Profilbands als Ausgangs produkt zur Fertigung von Stromwendern gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und andererseits ein elektrisch leitfähiges Profilband gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

Maschinen mit Stromwendern sind meistens Gleichstrommaschi nen. Stromwender kommen aber auch bei Einanker-Umformern und gewissen Ein- und Mehrphasenmaschinen zur Anwendung. Da die Frequenz der in den Ankerleitern einer Stromwendermaschine induzierten Wechselspannung nicht mit der Frequenz der an den Bürsten abgegriffenen Spannungen übereinstimmt, dient der Stromwender als Gleichrichter, Wechselrichter oder Frequenz wandler.

Der Stromwender umfaßt voneinander isolierte einzelne Lamel len aus Hartkupfer. Diese Lamellen sind durch Gießharz oder durch eine mechanische Preßkonstruktion zusammengehalten. An die Lamellen werden die Ankerspulen angeschlossen. Auf dem Stromwender schleifen die Strom abführenden bzw. zuführenden Bürsten, üblicherweise aus Kupferdrahtgewebe oder Kohle.

Bei einer mechanischen Preßkonstruktion werden die einzelnen Lamellen, durch Isolierzwischenlagen voneinander getrennt, meist durch zwei Ringe zusammengehalten, deren eine Stirn seite konisch ausgebildet ist und die gegeneinander gezogen werden.

Eine andere Möglichkeit ist das Ausgießen eines rohrförmigen Kupferrohlings mit Gießharz und anschließendes Bearbeiten des Kupferrohlings, so daß einzelne voneinander isolierte Lamel len herausgearbeitet werden. Das Gießharz dient dabei als Isolierung.

Die Lamellen eines Stromwenders unterliegen im Betrieb einer hohen Beanspruchung durch die auftretenden Fliehkräfte, so daß an ihre Befestigung hohe Anforderungen gestellt werden.

Die Fertigung der Stromwender mit Hilfe der mechanischen Preßkonstruktion ist aufwendig und teuer.

Aus der DE-OS 24 55 697 ist ein Verfahren zur Herstellung ei nes elektrischen Stromschaltelements bekannt, welches den Fertigungsablauf rationalisieren will.

Hierbei werden an einer Platte aus elektrisch leitfähigem Ma terial zunächst parallel zueinander verlaufende gestufte Nu ten und Stege mit geneigten Seitenflächen durch Walzen ge formt. Anschließend werden durch walzendes Verformen der Steglängskanten Fixierstege mit Verankerungsleisten erzeugt. Nach dem Umformen und Verbinden der Platte zu einem Rohr wird dieses in Rohrabschnitte unterteilt. Diese Rohrabschnitte werden dann mit Gießharz ausgegossen. Anschließend wird der Durchmesser durch eine Drehoperation so weit reduziert, daß die Fixierstege voneinander getrennt werden und einzelne La mellen bilden.

Ein derartiges Verfahren hat den Nachteil, daß eine Stufung der Profilierung vorgesehen ist. Diese muß zwangsläufig mit Formwalzen, und zwar verschieden profilierten Formwalzen durchgeführt werden. Folglich ist der Fertigungsaufwand hoch. Die Stufung in der Profilierung führt weiterhin zu einem grö ßeren Verschleiß der Formwalzen.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Verankerungslei sten an den Fixierstegen lediglich zu einer Seite hin haken artig umgebogen werden. Dadurch ist in nachteiliger Weise eine nur einseitige Verkrallung mit dem Gießharz gegeben.

Der Erfindung liegt ausgehend von dem im Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1 beschriebenen Verfahren die Aufgabe zugrunde, dieses einfacher und ökonomischer zu gestalten, wobei das hergestellte Ausgangsprodukt anwendungstechnisch günstiger gestaltet wird. Weiterhin zielt die Erfindung gemäß dem Ober begriff des Patentanspruchs 4 auf ein Profilband ab, welches sich durch einen einfachen Querschnitt auszeichnet und den noch eine sichere Verankerung der aus ihm gefertigten Fixier stege gewährleistet.

Die Lösung des verfahrensmäßigen Teils dieser Aufgabe besteht in den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen. Die Lösung des gegenständlichen Teils der Aufgabe wird in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 4 gesehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht zunächst von einem Vor walzmaterial aus, welches insbesondere auf einem Coil aufge rollt in Normabmessungen zur Verfügung steht. Dieses wird durch Schneiden in einzelne Vorwalzbänder zerteilt. Die Breite der Vorwalzbänder entspricht dem Umfang der später daraus hergestellten Stromwender. Jedes Vorwalzband wird dann abgezogen und in ein Walzwerk geführt. Durch mindestens ein maliges Walzen werden zunächst Nuten in das Vorwalzband gear beitet. Der Querschnitt der Nuten ist unter Berücksichtigung der Walzschrägen annähernd rechteckig ausgebildet.

Selbstverständlich können auch Platten von dem Vorwalzband abgetrennt werden, bevor sie dann dem Walzwerk zugeführt wer den.

Zwischen den Nuten bilden sich Stege aus. Beim Walzvorgang wird eine solche Tiefe der Nuten erreicht, daß die Höhe der Stege größer als die angestrebte Endhöhe der Fixierstege be messen ist. Dies kann durch einmaliges oder mehrmaliges Wal zen erfolgen. Zwischen den Walzschritten kann auch ein Zwi schenglühen erfolgen.

Im Anschluß daran wird durch Überwalzen der Stege die Endhöhe erzeugt. Dabei wird der Querschnitt der Stege so verformt, daß die Breite der so geschaffenen Fixierstege im Fußbereich kleiner als die Breite im Kopfbereich bemessen ist.

Im ersten Verfahrensschritt wird also gezielt eine Steghöhe erzeugt, die größer als die Endhöhe ist. Mit Hilfe einer Flachwalze wird anschließend dieses Übermaß auf die Endhöhe verringert. Hierbei drückt sich das überschüssige Material gleichmäßig nach beiden Seiten hin weg. Auf diese Weise ent stehen Fixierstege mit einem annähernd trapezförmigen Quer schnitt, der zumindest im Fußbereich schmaler bemessen ist als im Kopfbereich. Vorteilhaft ist, daß die Fixierstege sym metrisch ausgebildet sind. Die Nuten zwischen den Fixierste gen haben auf diese Weise einen annähernd schwalbenschwanz förmigen Querschnitt.

Im Anschluß an die walzenden Verformungen wird das Profilband aufgerollt, so daß es für eine Weiterverarbeitung zur Verfü gung steht. Grundsätzlich kann das fertige Profilband aber auch bereits in bedarfsgerechte Längenabschnitte für die Wei terverarbeitung gebracht werden. Hierbei spielen die jeweili gen Gegebenheiten für Transport, Lagerung bzw. Lagerhaltung und Weiterverarbeitung eine Rolle.

Gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 2 wird das Profilband kreisringförmig zu einem Rohr umgeformt, wobei die Fixier stege nach innen gerichtet sind. Dabei entstehen auf der In nenseite die besagten schwalbenschwanzförmigen, d. h. hinter schnittenen Nuten. In diesen Nuten kann sich ein später ein gebrachtes Gießharz einwandfrei und sicher verkrallen. Neben den adhäsiven Bindungskräften zwischen Gießharz und Kupferma terial tragen insbesondere die gegeneinander wirkenden Keil flächen an den seitlichen Längskanten der Fixierstege zu ei ner sicheren Verankerung bei.

Das hergestellte Rohr kann anschließend in bedarfsgerechte Rohrabschnitte geteilt werden. Letztendlich wird ein Strom wender fertiggestellt, indem ein Rohrabschnitt, nachdem er mit Gießharz ausgegossen worden ist, durch Sägeschnitte auf dem Außenumfang so eingeschnitten wird, daß die Fixierstege voneinander getrennte Lamellen bilden. Die Sägeschnitte wer den dabei in Längsrichtung bis in die innenliegenden Nuten geführt.

Die Sägeschnitte können auf unterschiedliche Weise herge stellt werden. Üblicherweise werden sie mechanisch ausge führt. Denkbar ist aber auch eine thermische oder hydrauli sche Herstellung.

Grundsätzlich kann auch ein ganzes Rohr mit Gießharz ausge gossen werden, bevor es in Rohrabschnitte geteilt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet eine einfache und ökonomische Herstellung eines Profilbands als Ausgangs produkt zur Fertigung von Stromwendern. Die an das Profilband geformten Fixierstege sichern eine lagefeste Halterung der daraus hergestellten Lamellen im Gießharz.

Ein erfindungsgemäßes Profilband ist gegenständlich in den Merkmalen des Patentanspruchs 4 charakterisiert. Wichtig ist, daß die Nuten geschlossene ebene Böden aufweisen und die Fi xierstege einen Querschnitt besitzen, bei dem die Breite im Fußbereich kleiner ist als die Breite im Kopfbereich. Auch die Kopffläche der Fixierstege ist eben. Der Querschnitt der Fixierstege kann annähernd trapezförmig ausgebildet sein (Pa tentanspruch 5).

Grundsätzlich ist es gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 6 aber auch denkbar, daß im Kopfbereich jedes Fixierstegs zwei seitliche wulstartige Verankerungsleisten vorgesehen sind. Die Fixierstege weisen dann einen etwa hammerkopfarti gen Querschnitt auf.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Verfahrensablauf zur Fertigung eines Profil bands in fünf Stadien A bis E;

Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt durch ein Profilband;

Fig. 3 in der perspektivischen Darstellung einen Stromwen der;

Fig. 4 einen vertikalen Querschnitt durch einen Fixiersteg mit hammerkopfartigem Profil und

Fig. 5 einen vertikalen Querschnitt durch einen Fixiersteg mit hammerkopfartigem Profil gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Die Fig. 1 zeigt im Stadium A einen Abschnitt eines Vorwalz bands 1 aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispiels weise Kupfer oder einer Kupferlegierung. Das Vorwalzband 1 ist über seine gesamte Breite und Länge gleichmäßig dick. In Abhängigkeit vom geforderten Endprofil des Profilbands 2 (Stadium E) weist es eine Vorwalzdicke D auf, die zwischen 2 mm und 6 mm liegt. Das Vorwalzband 1 kann geglüht oder ge beizt sein. Es wird von einer hier nicht dargestellten Rolle abgezogen und in ein Walzwerk geführt. Dort wird das Vorwalz band 1 zu dem Profilband 2 umgeformt.

An dem Vorwalzband 1 werden zunächst durch mehrmaliges Form walzen parallel zueinander verlaufende Nuten 3 und Stege 4 erzeugt (Stadien B bis D). Die Seitenflächen 5 der Nuten 3 bzw. der Stege 4 weisen eine von den Walzschrägen abhängige Neigung auf und verlaufen spiegelsymmetrisch zur jeweiligen vertikalen Nutenmittellängsebene NE. Die Nuten 3 zeichnen sich weiterhin durch ihre geschlossenen ebenen Böden 6 aus. Die Tiefe T der Nuten 3 wird dabei so gewählt, daß die Stege 4 eine Höhe H erhalten, die größer als die Endhöhe H_E der Fixierstege 7 ist (Stadien D und E).

Durch Überwalzen der Stege 4 - in sogenannten Bügelstichen - werden dann unter Umformung der Steglängskanten 8 zu Veranke rungsleisten 9 Fixierstege 7 mit einem schwalbenschwanzförmi gen Querschnittsprofil Q erzeugt (Stadium E). Entsprechend weisen auch die Nuten 3 ein schwalbenschwanzförmiges Profil auf. Die Kopfflächen 10 der Fixierstege 7 sind gleichmäßig eben ausgebildet.

Die Fig. 2 zeigt einen vertikalen Querschnitt durch ein Pro filband 2 mit gleichmäßig ausgebildeten symmetrischen schwal benschwanzförmigen Nuten 3 und Fixierstegen 7. Die Fixier stege 7 weisen eine Breite B_F im Fußbereich FB auf, die klei ner als die Breite B_K im Kopfbereich KB ist.

Aus der Fig. 3 geht der Aufbau eines Stromwenders 11 hervor. Nachdem von einem Profilband 2 eine bedarfsgerechte Länge ab getrennt worden ist und zu einem Rohrabschnitt 12 mit nach innen gerichteten Fixierstegen 7 umgeformt sowie verbunden worden ist, wird der Rohrabschnitt 12 dann mit Gießharz 13 ausgegossen. Dabei kann eine Buchse 14 für die Aufnahme einer Läuferwelle direkt mit eingegossen werden. Im Anschluß daran werden um den Außenumfang in Längsrichtung LR des Rohrab schnitts 12 Sägeschnitte 15 angesetzt. Die Sägeschnitte 15 werden bis in das Gießharz 13 geführt, so daß der Rohrab schnitt 12 in einzelne Lamellen 16 geteilt wird. Die Nuten 3 sind vollständig mit Gießharz 12 ausgefüllt. Durch die Ver krallung der schwalbenschwanzförmigen Fixierstege 7 mit dem Gießharz 13 ist eine sichere Befestigung der Lamellen 16 im Stromwender 11 gewährleistet.

Die Fig. 4 zeigt einen vertikalen Querschnitt durch einen Fixiersteg 17 mit hammerkopfartigem Profil. Die Darstellung in gestrichelter Linienführung zeigt den Fixiersteg 17 als Zwischenprofil 17a vor dem Überwalzen auf die Endhöhe H_E. Der Fixiersteg 17 weist im Kopfbereich KB zwei seitliche wulstar tige Verankerungsleisten 18 für das Gießharz 13 auf. Die Breite BF des Fixierstegs 17 im Fußbereich FB ist geringfügig kleiner als die Breite B_K im Kopfbereich KB bemessen. Die seitlichen Flanken 19 des Fixierstegs 17 verlaufen in Bild ebene betrachtet nach innen geneigt in Richtung zum Kopfbe reich KB.

Einen Fixiersteg 20 mit in Richtung zum Kopfbereich KB nach außen geneigten Flanken 21 zeigt die Fig. 5. Auch hier ist ein Zwischenprofil 20a vor dem Überwalzen auf Endhöhe H_E in gestrichelter Linienführung dargestellt. Bei dem Fixiersteg 20 ist die Breite B_F im Fußbereich FB deutlich kleiner als die Breite B_K im Kopfbereich KB. Im Kopfbereich KB verfügt der Fixiersteg 20 ebenfalls über wulstartige Verankerungs leisten 22.

Bezugszeichenliste

1 Vorwalzband
2 Profilband
3 Nuten
4 Stege
5 Seitenflächen
6 Böden v. 3
7 Fixierstege
8 Steglängskanten
9 Verankerungsleisten
10 Kopfflächen v. 7
11 Stromwender
12 Rohrabschnitte
13 Gießharz
14 Buchse
15 Sägeschnitte
16 Lamellen
17 Fixiersteg
17a Zwischenprofil v. 17
18 Verankerungsleisten v. 17
19 Flanken v. 17
20 Fixiersteg
20a Zwischenprofil v. 20
21 Flanken v. 20
22 Verankerungsleisten v. 20
B_F Breite Fußbereich v. 7, 17, 20
B_K Breite Kopfbereich v. 7, 17, 20
D Vorwalzdicke
FB Fußbereich
H Höhe v. 4
H_E Endhöhe v. 7, 17, 20
KB Kopfbereich v. 7, 17, 20
LR Längsrichtung v. 11
NE Nutenmittellängsebene
Q Querschnitt v. 7
T Tiefe v. 3

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Profilbands (2) als Ausgangsprodukt zur Fertigung von Stromwendern (11), bei welchem an einem gleichmäßig dicken Vorwalzmaterial (1) aus elektrisch leitfähigem Werk stoff zunächst parallel zueinander verlaufende Nuten (3) und Stege (4) mit geneigten Seitenflächen (5) durch Wal zen geformt und anschließend durch walzendes Verformen der Steglängskanten (8) Fixierstege (7, 17, 20) mit Ver ankerungsleisten (9, 18, 22) erzeugt werden, dadurch ge kennzeichnet, daß das Vorwalzmaterial (1) durch minde stens einmaliges Walzen zunächst mit Nuten (3) versehen wird, deren Querschnitte unter Berücksichtigung der Walz schrägen annähernd rechteckig ausgebildet, die Seitenflä chen (5) der Nuten (3) spiegelsymmetrisch zur jeweiligen vertikalen Nutenmittellängsebene (NE) angeordnet sind und die Nuten (3) eine solche Tiefe (T) aufweisen, daß die Höhe (H) der Stege (4) größer als die Endhöhe (H_E) der Fixierstege (7, 17, 20) bemessen ist, worauf durch Über walzen der Stege (4) auf die Endhöhe (H_E) der Querschnitt (Q) der Stege (4) derart verformt wird, daß die Breite (B_F) der Fixierstege (7, 17, 20) des so geschaffenen Pro filbands (2) im Fußbereich (FB) kleiner als die Breite (B_K) im Kopfbereich (KB) bemessen ist.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profilband (2) kreisringförmig zu einem Rohr mit nach innen gerichteten Fixierstegen (7, 17, 20) umgeformt wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr in mehrere Rohrabschnitte (12) geteilt wird.

4. Elektrisch leitfähiges Profilband mit Verankerungsleisten (9, 18, 22) aufweisenden Fixierstegen (7, 17, 20) und Nu ten (3) als Ausgangsprodukt zur Fertigung von Stromwen dern (11), dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (3) ge schlossene ebene Böden (6) aufweisen und die ebene Kopf flächen (10) aufweisenden Fixierstege (7, 17, 20) einen Querschnitt (Q) besitzen, bei dem die Breite (B_F) der Fixierstege (7, 17, 20) im Fußbereich (FB) kleiner als die Breite (B_K) im Kopfbereich (KB) bemessen ist.

5. Profilband nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt (Q) der Fixierstege (7) annähernd trapezförmig ausgebildet ist.

6. Profilband nach Patentanspruch 4 oder 5, dadurch gekenn zeichnet, daß im Kopfbereich (KB) jedes Fixierstegs (17, 20) zwei seitliche wulstartige Verankerungsleisten (18, 22) vorgesehen sind.