DE4445759A1

DE4445759A1 - Kommutator und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE4445759A1
Application number: DE4445759A
Authority: DE
Inventors: Shuji Shimoyama; Iwao Yanagizawa
Original assignee: KUNIMITSU CARBON INDUSTRY CO; Mitsuba Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 1995-06-29
Anticipated expiration: 2014-12-22
Also published as: CA2138350A1; CA2138350C; FR2714225B1; US5552652A; JP2797242B2; FR2714225A1; JPH07183074A; DE4445759B4

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen flachen Kommutator, der aus leitenden Kohlenstoffelementen besteht, und auf ein Verfahren zur Herstellung des Kommutators. Ins besondere bezieht es sich auf einen flachen Kommutator in einem Motor für eine Treibstoffpumpe, die in einem Treib stofftank eines Automobils oder dergleichen verwendet wird.

Im allgemeinen sind Treibstoffpumpen in Automobilanwendungen verwendet worden, um flüssigen Treibstoff, der in einem Treibstofftank enthalten ist, an den Motor zu liefern: diese Treibstoffpumpen sind in den Treibstofftanks respektive angeordnet.

Auf der andere Seite ist, aufgrund ansteigender Kosten norma len Treibstoffes und einer erhöhten Erwägung der Umweltver schmutzung, einem neuen Treibstoff, der eine Sauerstoffver bindung enthält, wie Methylalkohol und Ethylalkohol usw. Beachtung geschenkt worden. Daher wird, wenn die Treibstoff pumpe in einem Treibstofftank, der einen derartigen Treib stoff enthält, verwendet wird, und wenn eine derartige Treib stoffpumpe einen Motor mit einem metallischen Kommutator ent hält, sie durch den in dem Treibstoff enthaltenen, oben er wähnten Alkohol korrodieren, so daß die Lebenszeit des Motors verkürzt wird. Unter derartigen Umständen, ist ein Kommutator entwickelt worden, welcher leitende Kohlenstoff elemente enthält.

Im Stand der Technik sind Kommutatoren einschließlich der oben erwähnten Kohlenstoffelemente aus den Vereinigten Staaten Patenten Nr. 5 157 299 und 5 175 463 und der japani schen Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 2-53260 bekannt.

Unter diesen Dokumenten offenbart die US-PS 5 157 299 einen Aufbau, worin Kohlenstoffsegmente mit einem metallischen Seg mentträger durch eine Adhäsionsschicht aus Lot verbunden sind; US-PS 5 175 463 offenbart einen Aufbau, worin Segmente auf einer Basis durch das Zwischenstück einer ersten leiten den Schicht aus Material wie Nickel, Kupfer usw. und einer zweiten leitenden Schicht aus Material wie Gold, Silber, usw., angebracht sind; und die japanische Gebrauchsmusterver öffentlichung Nr. 2-53260 offenbart einen Aufbau, worin ein Nabenkörper mechanisch und elektrisch mit Kohlenstoffsegmen ten verbunden ist, die partiell geformt sind, um von einer speziellen Anordnung zu sein.

In den US-Patenten Nr. 5 157 299 und 5 175 463 wird jedoch die Stärke des Kommutators gegen Beanspruchung, die während seiner Rotation verursacht wird, nicht in Betracht gezogen, obwohl in jedem Fall geeignete Leitfähigkeit erhalten werden kann.

Zusätzlich ist der in der japanischen Gebrauchsmusterveröf fentlichung Nr. 2-53260 offenbarte Kommutator nicht immer so geformt, daß er eine einfache Konfiguration oder Anordnung aufweist, so daß er nicht ohne weiteres herzustellen ist.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Kom mutator einfachen Aufbaus zu schaffen, dessen Leben nicht verkürzt wird, wenn ein Treibstoff verwendet wird, der Sauerstoff enthält.

Das Ziel der oben beschriebenen Erfindung kann durch einen flachen Kommutator erreicht werden mit:

- einer Vielzahl von Kohlenstoffsegmenten, von welchen jedes eine sektorielle Anordnung aufweist, wobei die Kohlenstoff segmente aus leitenden Kohlenstoffelementen hergestellt sind und eine kommutierende Oberfläche des Kommutators vorsehen;
- einem metallischen Segment, auf welchem die Kohlenstoffseg mente zirkular, d. h. kreisförmig angeordnet sind, wobei das metallische Segment fixierende d. h. befestigende Glieder zum Übergreifen auf innere und äußere periphere Oberflächen der Kohlenstoffsegmente aufweist, wodurch sie auf dem metalli schen Segment befestigt werden; und
- einem Nabenkörper, der aus Kunstharz hergestellt wird, wobei der Nabenkörper zumindest befestigte Teile der inneren und äußeren peripheren Oberflächen der Kohlenstoffsegmente einschließt, und die festen Teile mit den befestigenden Glie dern der metallischen Segmente in Eingriff stehen.

Mit der oben erwähnten Anordnung können, da die Kohlenstoff segmente mit dem metallischen Segment durch die befestigen den Glieder in Eingriff stehen, welche mit den inneren und äußeren peripheren Oberflächen der Kohlenstoffsegmente in Eingriff treten oder diese übergreifen, die Kohlenstoffsegmente an dem metallischen Segment starr be festigt werden, und die geeignete Leitfähigkeit dazwischen kann erreicht werden. Zusätzlich werden, da die befestigten Teile der Kohlenstoffsegmente, welche durch die befestigen den Glieder des metallischen Segmentes befestigt sind, in dem Nabenkörper aus Kunstharz eingeschlossen sind, die be festigten Teile selbst unter der Bedingung nicht erodiert, daß ein Treibstoff verwendet wird, der Sauerstoff enthält, wodurch stabile Leitfähigkeit dazwischen erhalten werden kann. Weiter würden, wenn das obige Einschließen unter Ver wendung starken Kunstharzes ausgeführt wird, die Kohlenstoff segmente durch das metallische Segment starrer getragen.

Vorzugsweise umfassen in dem obigen Kommutator die befestig ten Teile Vertiefungen, die auf den inneren und äußeren peri pheren Oberflächen der Kohlenstoffsegmente gebildet sind. In einem derartigen Fall kann aufgrund der Schaffung der Vertie fung die Positionierung der befestigenden Glieder auf den Kohlenstoffsegmenten sichergestellt werden, so daß eine Abweichung davon relativ zu dem metallischen Segment in der Umfangsrichtung der Kohlenstoffsegmente verhindert werden kann. In der vorliegenden Erfindung weist das metallische Segment vorzugsweise eine Vielzahl von Eingriffsstücken auf, die um die inneren befestigenden Glieder gebildet sind. In diesem Fall ist es, aufgrund der Schaffung der Eingriffs stücke, möglich, eine Integration des metallischen Segmentes mit dem Nabenkörper sicherzustellen.

Weiter wird in der vorliegenden Erfindung das metallische Segment auf seinem äußeren Umfang mit einer Vielzahl von Verbindungsanschlüssen vorgesehen, welche radial auswärts aus dem metallischen Segment vorstehen.

Weiter wird gemäß der vorliegenden Erfindung auch ein Verfah ren der Herstellung eines Kommutators geschaffen, das die Schritte umfaßt, daß:
ein Basisglied mit Eingriffsteilen geschaffen wird, die auf inneren und äußeren peripheren Oberflächen davon gebildet sind, wobei das Basisglied aus leitenden Kohlenstoffelemen ten gebildet wird, um einen kreisförmigen Plattenkörper darzustellen;
ein metallisches Plattenglied mit einer Bodenseite geschaf fen wird, die einer Bodenseite des Basisgliedes im wesentli chen identisch ist, wobei das metallische Plattenglied wei ter Verbindungsanschlüsse umfaßt, die aus einem äußeren Um fang des metallischen Plattengliedes vorstehen, und befesti gende Glieder, die aufwärts von inneren und äußeren Umfängen des metallischen Plattengliedes abstehen;
das Basisglied an das metallische Plattenglied preßgepaßt wird, so daß die befestigenden Glieder auf die Eingriffs teile des Basisgliedes respektive übergreifen;
die Eingriffsteile des Basisgliedes, welche von dem metalli schen Plattenglied getragen werden, mit Kunstharz einge schlossen werden, wodurch ein Nabenkörper aus dem Kunstharz gebildet wird; und
Schlitze in dem Basisglied und dem metallischen Plattenglied gebildet werden, um sie in eine Vielzahl von Segmenten zu trennen, so daß jedes der Segmente zumindest ein Paar der Eingriffsteile auf den inneren und äußeren Umfängen des Basisgliedes respektive enthält.

Mit den Verfahren des Preßpassens des Basisgliedes an das metallische Plattenglied, so daß die befestigenden Glieder in die Eingriffsteile des Basisgliedes respektive eingrei fen; nachfolgend dem Einschließen der Eingriffsteile des Basisgliedes mit dem Kunstharz; und dann dem Formen von Schlitzen in dem Basisglied und dem metallischen Platten glied, kann der Kommutator ohne weiteres hergestellt werden. Weiter können, da an den auf inneren und äußeren peripheren Oberflächen des Basisgliedes gebildeten Eingriffsteilen die Kohlenstoffsegmente und die metallischen Segmente die Segmen te bilden, welche durch die Schaffung der Schlitze erhalten werden, aneinander in einem stabilen und starren Zustand befestigt werden, die Segmente stabil entgegen der darauf wirkenden Zentrifugalkraft getragen werden, wenn der Kommuta tor verwendet wird, so daß es möglich ist, den stabilen Gebrauchszustand für eine lange Dauer aufrecht zu erhalten.

Die Erfindung im folgenden beispielsweise anhand der Zeich nung erklärt; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Kommuta tors der vorliegenden Erfindung, in welcher ein Teil davon weggeschnitten ist;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Basisglie des eines leitenden Kohlenstoffelementes und eines metallischen Plattengliedes als Konsti tuenten von Kohlenstoffsegmenten und metalli schen Segmenten, welche respektive für die Erzeugung des Kommutators von Fig. 1 verwen det werden;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht, die einen Zu stand zeigt, unter welchem das Plattenglied an dem Basisglied befestigt ist, welches für die Produktion des Kommutators der vorlie genden Erfindung verwendet wird; und

Fig. 4 eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die eine befestigende Oberfläche eines befestigenden Gliedes für die Kohlenstoffseg mente der Bildung des Kommutators der vorlie genden Erfindung zeigt.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Kommutators der vorliegenden Erfindung, in welcher ein Teil weggeschnit ten ist, um den Innenseitenaufbau des Kommutators deutlicher darzustellen. Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Basisgliedes aus einem leitenden Kohlenstoffelement und einem metallischen Plattenglied in einem auseinandergebauten Zustand, als Bestandteile der Kohlenstoffsegmente und metal lischen Segmente des Kommutators der Erfindung.

In einem in Fig. 1 gezeigten zusammengefügten Zustand sind Kohlenstoffsegmente 1, die aus einem leitenden Kohlenstoff material hergestellt sind, von welchem jedes eine sektoriel le Oberseite davon aufweist, in einer kreisförmigen Weise durch respektive Schlitze 2 angeordnet, um auf diese Weise nicht miteinander in Kontakt zu stehen. Weiter ist jeder der Kohlenstoffsegmente 1 auf den inneren und äußeren Randbe reichen davon mit vorstehenden Rändern 3 vorgesehen, welche in der Umgebung von unteren Enden der respektiven Randbe reiche angeordnet sind.

Unter den Kohlenstoffsegmenten 1 ist ein metallisches Seg ment 4 vorgesehen, welches aus einem geeigneten Material wie Kupfer oder dergleichen hergestellt ist. Das Segment 4 ist an seinen inneren und äußeren peripheren Enden mit befesti genden Gliedern 5 vorgesehen, welche aufwärts davon stehen. Die befestigenden Glieder 5 greifen in Ausnehmungen 6 ein, die in den vorstehenden Rändern 3 respektive gebildet sind, so daß es möglich ist, nicht nur die elektrische Leitfähigkeit zwischen den respektiven Kohlenstoffsegmenten und dem metallischen Segment 4 sicherzustellen, sondern die Kohlenstoffsegmente 1 auf dem Segment 4 in den Umfangs-, dia metralen und axialen Richtungen davon zu befestigen.

Fig. 4 zeigt eine Befestigungsseite des befestigenden Glie des 5 mit dem Kohlenstoffsegment 1. In dem gezeigten Ausfüh rungsbeispiel sind eine große Anzahl von Unregelmäßigkeiten auf der befestigenden Seite von dem befestigenden Glied 5 gebildet, um so eine Eingriffsfläche davon mit dem Kohlen stoffsegment 1 zu vergrößern. Weiter sind, gemäß dem Ausfüh rungsbeispiel, die Kohlenstoffsegmente 1 und das metallische Segment 4 innerhalb von respektiven inneren Enden davon be deckt, und zwar außerhalb der respektiven äußeren peripheren Enden davon und unterhalb der Segmente 4, und zwar mit einem nicht leitenden Nabenkörper 7, welcher aus Kunstharz wie in Fig. 1 gezeigt hergestellt ist. Das metallische Segment 4 umfaßt eine Vielzahl von Eingriffsstücken 8, um eine Inte gration davon mit dem Nabenkörper 7 sicherzustellen, und umfaßt weiter eine Vielzahl von Verbindungsanschlüssen 9, die auf einem äußeren Umfang oder Randbereich davon gebildet sind.

Der Kommutator der Erfindung wird wie folgt hergestellt.

Zuerst wird, wie in Fig. 2 gezeigt, ein Basisglied 11 aus leitenden Kohlenstoffelementen gebildet, um so ein kreisför miges Plattenglied mit einem Band aus vorstehenden Rändern 3, die einstückig auf inneren und äußeren Randbereichs oberflächen und in der Umgebung von respektiven unteren Rändern davon gebildet sind, darzustellen.

Als nächstes werden für den Eingriff mit den befestigenden Gliedern 5 des metallischen Segmentes 4 die Eintiefungen oder Ausnehmungen 6 auf regelmäßige Weise auf den jeweiligen Rändern 3 gebildet, indem die Ränder 3 in Intervallen durch geeignete schneidende Mittel abgeschnitten werden.

In einer anderen Ausbildung der Erfindung können die Ausneh mungen 6 und die Ränder 3 simultan in einem Teil durch eine Presse gebildet werden, und zwar bei der Stufe der Herstel lung des kreisförmigen Basisgliedes 11 der leitenden Kohlen stoffelemente. Weiter müssen die Vertiefungen 6 nicht immer so gebildet sein, daß sie glatte Oberflächen im Vergleich mit anderen Oberflächen des Basisgliedes 11 aufweisen. Das heißt, im Fall, daß sie mit unebenen Oberflächen gebildet werden, wäre eine Eingriffsfläche des Basisgliedes 11 bei der Stufe des Eingriffs mit den befestigenden Gliedern 5 erhöht, wodurch erlaubt wird, daß die Leitfähigkeit und die mechanische Integration zwischen dem Basisglied 11 und dem metallischen Segment 4 begünstigt wird.

Auf der anderen Seite wird, durch eine Ausstanzbearbeitung oder dergleichen, ein metallisches Plattenglied 12 als ein Material des metallischen Segmentes 4 so gebildet, daß es eine kreisförmige Gestalt aufweist, und so, daß die befesti genden Glieder 5 auf inneren und äußeren Randbereichen davon entsprechend den Ausnehmungen 6 stehen. Bei dieser Bearbei tungsstufe werden die oben erwähnten Eingriffsstücke 8 um die inneren befestigenden Glieder 5 gebildet, und die Verbin dungsanschlüsse 9 werden gebildet, um radial auswärts des äußeren Umfanges oder Randbereiches des Gliedes 12 vorzuste hen. Als nächstes wird, nach dem Positionieren der jeweili gen Ausnehmungen 6 des Basisgliedes 11 in Ausrichtung mit den jeweiligen befestigenden Gliedern 5 des Plattengliedes 12, das Basisglied 11 mit dem Plattenglied 12 durch ein geeignetes Mittel wie Preßpassen in Eingriff gebracht, so daß eine Anordnung wie in Fig. 3 gezeigt abgeschlossen werden kann.

Danach wird der nicht leitende Nabenkörper 7, der aus einem geeigneten Material wie Kunstharz oder dergleichen hergestellt wird, einstückig mit der Anordnung gebildet, um sich so bis zu einem Zentralteil zu erstrecken, in welchen eine Ausgangswelle eines nicht gezeigten Motors mit Bezug auf die Innenseite der Anordnung eingeschoben wird, um sich um die Außenseite der Anordnung und unter das metallische Segment 4 zu erstrecken. Auf diese Weise kann die Integration des Basisgliedes 11 mit dem Plattenglied 12 verbessert werden, wodurch die Leitfähigkeit dazwischen durch das befestigende Glied 5 und die anderen noch vorteil hafter sein werden. Zusätzlich kann, da auch die Eingriffs stücke 8 des Plattengliedes 12 von dem Kunstharz umgeben wer den, wenn der Nabenkörper 7 geformt wird, das Plattenglied 12 an dem Nabenkörper 7 auf sichere Weise befestigt werden.

Als nächstes werden die Schlitze 2 in dem so gebildeten Kom mutatorkörper gebildet, um sich von einer oberen Seite des Basisgliedes 11 bis zu etwas unterhalb des Plattengliedes 12 zu erstrecken, so daß der Kommutator abgeschlossen werden kann.

Unter dem Zustand des Biegens der Verbindungsanschlüsse 9 wie in den Figuren gezeigt, kann, da Kontakte zwischen den Kohlenstoffsegmenten 1 und den metallischen Segmenten 4 in dem Kunstharz im wesentlichen eingesiegelt sind, die stabile Leitfähigkeit über eine lange Gebrauchsperiode aufrechter halten werden. Weiter kann, aufgrund der Preßpassung der befestigenden Glieder 5 usw., die Befestigung der Kohlen stoffsegmente 1 an dem metallischen Segment 4 ohne weiteres ausgeführt werden.

In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung müssen die befesti genden Glieder 5 nur dazu dienen, die Kohlenstoffsegmente 1 an dem metallischen Segment 4 unter der Bedingung zu befe stigen, daß die jeweiligen Kohlenstoffsegmente 1 zwischen den befestigenden Gliedern 5 getragen werden, und daher wird es von Fachleuten verstanden werden, daß die vorliegende Er findung nicht auf das zuvor erwähnte Ausführungsbeispiel im Ausdruck ihrer Anordnung, Anzahl, Position der metallischen Segmente usw. beschränkend ist. Weiter können auch im Fall, daß auf Rückseiten der befestigenden oder fixierenden Glie der 5 Unregelmäßigkeiten vorgesehen sind, irgendwelche Unre gelmäßigkeiten im Ausdruck ihrer Anordnung, Position und Größe anwendbar sein, ohne von dem Ziel der Erhöhung einer Eingriffsfläche der Glieder 5 mit den Kohlenstoffsegmenten 1 abzuweichen. Obwohl die vorstehenden Ränder 3 auf sowohl in neren als auch äußeren Randbereichen der Kohlenstoffsegmente 1 wie ein Band gebildet sind, sind ihre Anordnungen nicht auf jene des gezeigten Ausführungsbeispiels beschränkt.

Schließlich wird es von Fachleuten zu erkennen sein, daß die vorhergehende Beschreibung des offenbarten Kommutators nur zur Veranschaulichung dient, und daß verschiedene Änderungen und Modifikationen an der vorliegenden Erfindung durchge führt werden können, ohne von dem Gedanken und dem Umfang derselben abzuweichen.

Claims

1. Flacher Kommutator mit:
einer Vielzahl von Kohlenstoffsegmenten, von welchen jedes eine sektorielle Anordnung aufweist, wobei die Kohlenstoffsegmente aus leitenden Kohlenstoffelementen hergestellt sind und eine kommutierende Oberfläche des Kommutators vorsehen;
einem metallischen Segment, auf welchem die Kohlenstoff segmente kreisförmig angeordnet sind, wobei das metalli sche Segment befestigende Glieder zum Übergreifen auf innere und äußere periphere Oberflächen der Kohlenstoff segmente aufweist, wodurch sie auf dem metallischen Seg ment befestigt werden; und
einem Nabenkörper, der aus Kunstharz hergestellt ist, wobei der Nabenkörper zumindest befestigte Teile der inneren und äußeren peripheren Oberflächen der Kohlen stoffsegmente einschließt, wobei die befestigten Teile mit den befestigenden Gliedern des metallischen Segmen tes in Eingriff stehen.

2. Flacher Kommutator nach Anspruch 1, worin die befestigten Teile Ausnehmungen umfassen, die auf inneren und äußeren peripheren Oberflächen der Koh lenstoffsegmente gebildet sind.

3. Flacher Kommutator nach Anspruch 2, worin das metallische Segment eine Vielzahl von Ein griffsstücken aufweist, die um die inneren befestigenden Glieder gebildet sind, um eine Integration des metalli schen Segmentes mit dem Nabenkörper sicherzustellen.

4. Flacher Kommutator nach Anspruch 3, worin das metallische Segment auf einem äußeren Randbereich davon mit einer Vielzahl von Verbindungsanschlüssen vorgesehen ist, welche radial auswärts des metallischen Segmentes vorstehen.

5. Verfahren der Herstellung eines Kommutators, das die Schritte umfaßt, daß:
ein Basisglied mit Eingriffsteilen, die auf inneren und äußeren peripheren Oberflächen davon gebildet sind, ge schaffen wird, wobei das Basisglied aus leitenden Kohlen stoffelementen so gebildet wird, daß es einen kreisförmigen Plattenkörper darstellt;
ein metallisches Plattenglied mit einer Bodenseite vorge sehen wird, die im wesentlichen einer Bodenseite des Ba sisgliedes identisch ist, wobei das metallische Platten glied weiter Verbindungsanschlüsse umfaßt, die aus einem äußerem Randbereich des metallischen Plattengliedes vor stehen, und befestigende Glieder, die aufwärts von inne ren und äußeren Randbereichen des metallischen Platten gliedes stehen;
das Basisglied an das metallische Plattenglied preßge paßt wird, so daß die befestigenden Glieder in Eingriffs teile des Basisgliedes respektive eingreifen;
die Eingriffsteile des Basisgliedes, welche durch das metallische Plattenglied getragen werden, mit Kunstharz eingeschlossen werden, wodurch ein Nabenkörper aus dem Kunstharz gebildet wird; und
Schlitze in dem Basisglied und dem metallischen Platten glied gebildet werden, um sie in eine Vielzahl von Seg menten zu trennen, so daß jedes der Segmente zumindest ein Paar von Eingriffsteilen auf den inneren und äußeren Randbereichen des Basisgliedes respektive umfassen.