-
Gebiet der Erfindung
-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für eine elektrische
Schleifringanordnung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine
Schleifringanordnung mit integrierter Lagervorrichtung zur Verwendung
in einer elektrischen Schleifringanordnung.
-
Hintergrund der Erfindung
-
In
der 1 ist eine Kapselanordnung 10 gemäß dem Stand
der Technik dargestellt. Die Kapselanordnung 10 besteht
aus einer Schleifringanordnung 12, einem Paar halbkreisförmiger Kontaktbürstenblöcke 14 und
einem zylindrischen Gehäuse 16. Die
Kapselanordnung 10 wird zusammengefügt, indem das Paar Kontaktbürstenblöcke 14 um
die Schleifringanordnung 12 herum und die aus den Kontaktbürstenblöcken 14 und
der Schleifringanordnung 12 gebildete Anordnung innerhalb
des Gehäuses 16 angeordnet
wird.
-
Die
Schleifringanordnung 12 weist einen aus zwei Einzelteilen
gebildeten Körper
mit einem Schleifring- und Zuführteil 18 (Schleifringe 24 und Leitungen 34),
das mit einem Schaftteil 20 verbunden ist, auf. Die Schleifringanordnung 12 weist
einen länglichen,
zylindrischen Ringabschnitt auf. Auf dem Schleifring- und Zuführteil 18 sind
sich in radialer Richtung erweiternde Abschnitte 26 aus
einem elektrisch nicht leitfähigen
Material vorgesehen, die die elektrisch leitenden Schleifringe 24 voneinander
trennen. Jeder der Kontaktbürstenblöcke 14 weist
eine Mehrzahl von Kontaktbürsten 28 auf,
die jeweils in mechanischem Kontakt mit einem korrespondierenden
Schleifring 24 sind. Auf dem Schleifring- und Zuführteil 18 ist
ein Vorderlager 30 und auf dem Schaftteil 20 ein
Schaftlager 32 befestigt.
-
Das
Schaftteil 20 erstreckt sich bis außerhalb des Gehäuses 16.
Das Schaftteil 20 wird durch ein weiteres (nicht dargestelltes)
Bauteil erfasst und in eine Drehbewegung versetzt. Die Schleifringanordnung 12 rotiert
zwischen den Kontaktbürstenblöcken 14.
Die Kontaktbürsten 28 der
Kontaktbürstenblöcke 14 kontaktieren
die Schleifringe 24 der Schleifringanordnung 12,
so dass Signale von der bzw. zur rotierenden Schleifringanordnung 12 in
bekannter Weise zu bzw. von den stationären Kontaktbürstenblöcken 14 übertragen
werden.
-
Wie
in der 1 und der 2 dargestellt, ist dabei
eine Seitenfläche
des Schaftlagers 32 in Kontakt mit einem auf dem Schaftteil 20 ausgebildeten
Vorderflansch 36. Die gegenüberliegende Seitenfläche des
Schaftlagers 32 wird durch eine herkömmliche Haltevorrichtung, etwa
eine Sicherungsklammer 38 oder ähnlichem, gehalten. Die Sicherungsklammer 38 ist
mit einem inneren Ringabschnitt in einer (nicht dargestellten) Rille
auf dem Schaftteil 20 positioniert. In Abhängigkeit
von Fertigungstoleranzen kann das Schaftlager 32 in axialer
(longitudinaler) Richtung unter Umständen nicht vollständig fixiert
werden oder aber das Schaftlager 32 wird zu straff zurückgehalten,
so dass das Schaftlager 32 unter mechanischer Spannung
steht. Nachteilig ist ein Lagerspiel, das eine Bewegung des Schaftlagers 32 vorwärts und
rückwärts entlang
der axialen Richtung ermöglicht.
-
Eine
Schleifringanordnung mit einer solchen Rückhalteanordnung ist in der
US-A-4544215 offenbart, die als nächstliegender Stand der Technik
betrachtet wird.
-
Weiterhin
dürfen
das Schaftteil 20 und das Schleifring- und Zuführteil 18 gegeneinander
nicht verdrehbar sein. Das Schaftteil 20 und das Schleifring- und Zuführteil 18 haben
jeweils zueinander passende hexagonale Abschnitte. Wie in der 3 dargestellt, weist das
Schaftteil 20 einen weiblichen hexagonalen Abschnitt 42 passend
zu einem männlichen
hexagonalen Abschnitt 40 auf dem Schleifring- und Zuführteil 18 auf.
Diese zweitteilige Konstruktion ist in nachteiliger Weise zeitaufwändig in
der Herstellung und teuer, da zwei Teile in getrennten Spritzgussverfahren
hergestellt werden müssen.
Ein zusätzlicher
Nachteil ist darin zu sehen, dass die Leitungen 34 vergossen werden
müssen,
um die Leitungen 34 am Schaftteil 20 zu befestigen,
woraus zusätzliche
Kosten resultieren.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
einer Schleifringanordnung gemäß Patentanspruch
1 zur Verfügung
zu stellen. Weiter liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
integrierte Schleifringanordnung mit einem Schaftlager gemäß Anspruch
16 zur Verfügung
zu stellen, bei dem eine Bewegung des Schaftlagers in axialer Richtung
unterdrückt
oder minimiert ist.
-
Weiter
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit den Schleifringen
verbundene Leitungen innerhalb des Schleifringkörpers einzukapseln, um ein
Vergießen
der Anschlussdrähte
vermeiden zu können.
-
Schließlich liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schleifringanordnung zur
Verfügung zu
stellen, die kostengünstig
herzustellen und in der Anwendung zuverlässig ist.
-
Zweck
und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann aus der folgenden
detaillierten Beschreibung offensichtlich, in der bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung durch Illustration der als bevorzugt betrachteten
Ausführungsform
der Erfindung gezeigt und beschrieben werden. Wie zu erkennen sein
wird, sind andere und unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung
möglich
und ihre Details sind Modifikationen bezüglich unterschiedlicher offensichtlicher
Aspekte zugänglich,
ohne dass von der Erfindung abgewichen wird. Demgemäß sind die Zeichnungen
und deren Beschreibung als von illustrativer und nicht beschränkender
Natur zu betrachten.
-
Kurzbeschreibung der Figuren
-
Die
vorliegende Erfindung wird durch das Mittel eines Beispiels ohne
Beschränkung
in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen illustriert, wobei einander
entsprechende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet
sind und wobei
-
1 eine Explosionsdarstellung
einer Kapselanordnung mit einer Schleifringanordnung gemäß dem Stand
der Technik ist;
-
2 eine vergrößerte Darstellung
der Schleifringanordnung der 1 mit
einem Schaftlager ist, das durch eine Sicherungsklammer auf dem Schaftteil
der Schleifringanordnung fixiert wird;
-
3 eine Seitenansicht senkrecht
zur 2 ist, wobei ein
Schaftteil gemäß dem Stand
der Technik mit einem Schleifringteil verbunden ist;
-
4 eine Seitenansicht eines
Dorns für
den Gussprozess zur Ausformung eines Plastikeinsatzes ist;
-
4A ein Querschnitt zur 4 entlang der Linie 4A-4A
ist;
-
5 eine Draufsicht auf einen
gegossenen Einsatz ist;
-
6 eine Draufsicht auf eine
innerhalb einer Form zusammengefügten
Schleifring/Lager-Anordnung vor dem Spritzgießen ist;
-
7 eine Längsansicht einer vollständigen erfindungsgemäßen Schleifringanordnung
ist; und
-
8 eine vergrößerte Ansicht
eines auf der integralen Schleifringanordnung fixierten Radiallagers
ist.
-
Beste Ausführungsform
der Erfindung
-
Zunächst wird
auf die 5 Bezug genommen,
in der ein Einsatz 110 entsprechend der vorliegenden Erfindung
dargestellt ist. Eine vollständige Schleifringanordnung 200,
die entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, ist
in der 7 dargestellt,
die nachfolgend im Detail beschrieben wird. Zur Vereinfachung wird
die Erfindung in Bezug zur Orientierung der 4 bis 8 beschrieben.
Entsprechend sind die hier verwendeten Bezeichnungen "links" und "rechts" im relativen Sinn
zu verstehen. Die Erfindung ist in jeder Orientierung nutzbar. Die Erfindung unterscheidet
sich vom Stand der Technik durch eine integrale Lagervorrichtung,
die in einer Schleifringanordnung eingesetzt wird. Daher kann hier
auf die obige, auf den Stand der Technik bezogene Beschreibung Bezug
genommen werden. Die zusammengefügte
Schleifringanordnung 200 wird zwischen ein Paar von Kontaktbürstenblöcken 14 und zusammen
mit diesen in ein Gehäuse 16 eingefügt und arbeitet
in bekannter Weise.
-
Der
in der Erfindung verwendete Fertigungsprozess ist als Einlegegießen oder
Gießen
mit Einsätzen
bekannt. Bei einem Prozess dieser Art werden Einlegeteile oder Einsätze in eine
Form eingelegt und dann die Form mit einem Kunststoffmaterial gefüllt. Die
für das
Gießen
mit Einlegeteilen vorgesehenen Einlegeteile werden innerhalb der
Form ausgerichtet. Die Form wird geschlossen gehalten und geschmolzener
Kunststoff in die Form und um die in die Form eingelegten Einlegeteile
gepresst. Die Form wirft eine einteilige Anordnung aus.
-
Zur
erfindungsgemäßen Herstellung
der Schleifringanordnung 200 wird unter Zuhilfenahme eines
Dorns 80 in einer ersten, nicht dargestellten Form ein
Paar von Einsätzen 110 gegossen.
Ein gegossener Einsatz 110 ist in der 5 dargestellt. Der Dorn 80,
der in den 4 und 4a dargestellt ist, weist eine
halbkreisförmige
Aussparung 82 und zwei Endabschnitte 100, 102 auf.
Die zwei Endabschnitte 100, 102 haben Schwalbenschwanzabschnitte 102, 104,
die sich von der Aussparung 82 abwärts erstrecken sowie aufrechte
Abschnitte, die sich von der Aussparung 82 aufwärts erstrecken.
Die Schwalbenschwanzabschnitte 102, 104 richten
den Dorn 80 in vorteilhafter Weise aus und positionieren
ihn innerhalb der ersten Form. Die Einsätze 110 erübrigen sich
später,
werden aber während
des Gießens
benutzt, um zu verhindern, dass der Kunststoff in den Lauf des eingesetzten
Lagers fließt.
Vorzugsweise sind die Einsätze 110 untereinander
identisch. Die Einsätze 110 sind
bevorzugt aus Ryton PPS®-Material oder einem anderen Material
mit einer Schmelztemperatur von näherungsweise 332°C oder aus
einem Material mit höherer
Schmelztemperatur. Der Einsatz 110 wird durch ein Paar
von Eintrittsöffnungen 112 oder
durch eine einzige Eintrittsöffnung spritzgegossen,
die einen halbkreisförmigen
Querschnitt aufweisen. Im Zuge des Spritzgießens wird eine halbkreisförmige Vorderabschnittaussparrung 114 ausgebildet,
die an eine halbkreisförmige
Vorderlageraussparrung 116 anschließt. An die Vorderlageraussparrung 116 schließt eine
halbkreisförmige
verlängerte
Ringabschnittaussparrung 118 an, die eine Mehrzahl von
Ringaufnahmeabschnitten 120 definiert. Jeder der Ringaufnahmeabschnitte 120 ist
parallel zum jeweils benachbarten Ringaufnahmeabschnitt 120 ausgerichtet.
Ein halbkreisförmiger
Lagerabschnitt 122 ist am Ende der Ringabschnittaussparrung 118 vorgesehen.
Ein Flanschabschnitt 124 mit einem gegenüber dem
Lagerabschnitt 122 kleineren Durchmesser schließt an den
Lagerabschnitt 122 an. Ein halbkreisförmiger länglicher Schaftabschnitt 126 schließt an den
Flanschabschnitt 124 an und weist einen geringeren Durchmesser
als der Flanschabschnitt 124 auf. Ein halbkreisförmiger Leitungsaufnahmeabschnitt 128 weist
einen geringeren Durchmesser auf und hat ein offenes Ende 130.
-
Das
Paar von Einsätzen 110 wird
benutzt, um eine Einsatzanordnung 140, wie sie in der 6 dargestellt ist, zusammenzufügen. Das
Zusammenfügen
der Einsatzanordnung 140 wird wie nachfolgend beschrieben
durchgeführt.
Alle Einlegeteile werden in den einen der beiden Einsätze 110 eingelegt.
Eine Mehrzahl von Schleifringen 24 wird in den jeweils
korrespondierenden Ringaufnahmeabschnitt 120 in den ersten
der beiden Einsätze 110 eingelegt. Die
Schleifringe 24 können
in bekannter Weise aus Kupfer, Messing oder einem anderen elektrisch
leitfähigen
Material gefertigt sein. Die Leitungen 34 werden in der
Regel an den Schleifringen 24 befestigt, bevor die Schleifringe 24 in
die Form eingelegt werden. Ein ringförmiger Nabeneinsatz 154 wird
in die Vorderlageraussparrung 116 eingesetzt. Der Nabeneinsatz 154 ist
aus Metall und hat eine zentrale, runde (nicht dargestellte) Öffnung.
Der Nabeneinsatz 154 wird benutzt, um den Kunststoff am
Eintritt in die Vorderlageraussparrungen 116 zu hindern.
Eine Lagervorrichtung 32 wird in die Lageraussparrung 122 eingesetzt.
Die Lagervorrichtungen 30 und 32 können jeweils
ein radiales Kugellager oder ein Gleitlager sein, etwa ein gleitfähig geformtes
Kunststofformteil. Die Lageraussparrungen 122 sind präzise abgemessen,
so dass kein Kunststoffmaterial in den Lauf der Lagervorrichtung 32 eintritt.
Leitungen 34 werden durch eine zentrale (Öffnung der
Lagervorrichtung 32 geführt.
Endabschnitte der Leitungen 34 erstrecken sich in den Leitungsaufnahmeabschnitt 128 des
Einsatzes 110 hinein und darüber hinaus. Der Leitungsaufnahmeabschnitt 128 ist
so dimensioniert, dass die Leitungen 34 leicht zusammengedrückt werden
und kein Kunststoffmaterial an den Leitungen 34 vorbeifließen kann.
Durch das Kunststoffmaterial werden die Leitungen 34 eingekapselt.
Der andere Einsatz 110 wird auf den ersten Einsatz 110 aufgesetzt
und die jeweils in den ersten Einsatz 110 eingelegten Schleifringe 24,
die Lagervorrichtung 32 sowie der Nabeneinsatz 154 werden
in einem jeweils korrespondierenden Abschnitt des anderen Einsatzes 110 gesichert.
In der Regel wird eine Mehrzahl von Einsatzanordnungen 140 vervollständigt, bevor
der Gießvorgang
begonnen wird.
-
Die
vervollständige
Einlegeteilanordnung 140 wird dann in eine Hälfte einer
Form 150 eingesetzt. Eine halbkreisförmige Nut 162 erstreckt
sich an einem Ende der Form durch die Form. Die Endabschnitte der
Leitungen 34 werden in die Nut 162 eingelegt.
Die andere Hälfte
der Form 150 wird aufgesetzt und die Form geschlossen.
-
Der
nächste
Verfahrensschritt ist das Einspritzen von Gussmaterial in die Form 150.
Das bevorzugte Material ist ein Flüssigkristallpolymer mit einem
tieferen Schmelzpunkt als die Ryton®-Einsätze 110.
Da die Ryton®-Einsätze 110 nicht
vom Kunststoff eingeschlossen werden, können die Einsätze 110 abgetrennt
werden, nachdem sie der Form 150 entnommen worden sind.
Die Ryton® Einsätze 110 können entweder
wiederverwendet oder gemahlen und auf konventionelle Weise weiterverwertet
werden. Der Nabeneinsatz 154 wird entfernt und durch ein
Vorderlager 30 ersetzt. In vorteilhafter Weise sind, wie
in der 7 dargestellt,
die Leitungen 34 eingekapselt und durch den Schleifringkörper 202 fixiert.
-
Die
vervollständige
Schleifringanordnung 200 ist in der 7 dargestellt. Die Schleifringanordnung 200 weist
Schleifringe 24 auf, die durch sich in radialer Richtung
erweiternde Abschnitte 26 voneinander separiert sind. Das
Vorderlager 30 und das Schaftlager 32 sind als
unterschiedliche Lager dargestellt. Diese Lager können jedoch
an unterschiedlichen Orten angeordnete Lager gleichen Typs sein. Zum
Beispiel könnte
die Lagervorrichtung 32 ein Radialkugellager und das Vorderlager 30 ein
Gleitlager sein. Ein Schaftabschnitt 226 ist integraler
Bestandteil des Schleifringkörpers 202.
Rechts von der Lagervorrichtung 32 ist ein Flanschabschnitt 252 dargestellt.
-
Wird
ein Radiallager als Lagervorrichtung 32 vorgesehen, so
ist es für
die Erfindung wichtig, dass kein Spritzgussmaterial in den Lauf
der Lagervorrichtung 32 eintritt. Wie in der 8 dargestellt, weist die Lagervorrichtung 32 einen
inneren Laufring 254, einen äußeren Laufring 256 und
eine Mehrzahl von Kugellagerkugeln 258 auf. Entsprechend
der 5 ist die Lageraussparrung 122 genau
so abgemessen, dass das Kugellager 32 während des Spritzgießens geschützt ist.
-
Die
Lageraussparrung 122 weist ein Paar von Schultern 136, 138 auf,
die sich einwärts über eine
Lücke zwischen
dem inneren Laufring 254 und dem äußeren Laufring 256 erstrecken,
wie es in der 8 dargestellt
ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass während des Spritzgießens geschmolzener Kunststoff
in die Lücke
eintritt. Würde
geschmolzener Kunststoff in die Lücke eintreten, so würde das
Kugellager 32 unbrauchbar werden. Die Schultern 136 und 138 können sich über dieselbe
Distanz oder über unterschiedliche
Distanzen einwärts
erstrecken. In jedem Fall wird ein vorderer Flansch oder Haltewulst 250 und
ein rückwärtiger Flansch
oder Haltewulst 252 ausgebildet, die, wie in der 8 dargestellt, einander
gegenüberliegende
Außenflächen des
inneren Laufringes 254 einfassen. Auf diese Weise wird
eine Bewegung der Lagervorrichtung 32 entlang der axialen
Richtung verhindert oder minimiert.
-
Die
vervollständige
erfindungsgemäße Schleifringanordnung 200 kann
wie oben beschrieben zwischen einem Paar von Kontaktbürstenblöcken 14 und
in ein Gehäuse 16 eingesetzt
werden. In vorteilhafter Weise ist die Schleifringanordnung 200 in
der Herstellung kostengünstiger.
Eine Bewegung der Lagervorrichtung 32 in axialer Richtung
wird unterdrückt.
Der Schleifringkörper 202 ist
haltbarer als bekannte Anordnungen, weil der Schleifringkörper 202 in
einem Stück
gefertigt ist und die Leitungen 34 einkapselt sind, so
dass keine Notwendigkeit besteht, die Leitungen 34 zu vergießen.
-
Für den Fachmann
ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung die oben gesetzten
Aufgaben erfüllt.
Nach Kenntnisnahme der vorangehenden Beschreibung ist der Fachmann
in der Lage, verschiedene Abweichungen, Ersatzvornahmen von Äquivalenten
und verschiedener anderer Aspekte der Erfindung, wie sie hier dargestellt
sind, vorzunehmen. Es ist daher vorgesehen, dass der gewährte Schutz
lediglich durch die in den beigefügten Patentansprüchen enthaltenen
Definitionen und Äquivalenten dazu
beschränkt
ist.