DE8907045U1 - Collector, especially plan collector of an electrical machine - Google Patents
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Description
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Uü'üböMUü'üböM
K. 22402
16.5.1989 Sa/KcK. 22402
16.5.1989 Sa/Kc
Kollektor, insbesondere Flankollftktor eias-r elektrischen Maschine Stand der Technik Collector, especially flank collector for electrical machine State of the art
Dia Erfindung betrifft einen Kollektor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Üblicher /eise besteht die zur Kommutierung nutsbare, segnentierte Flache eines derartigen Kollektors aus der erwähnten iiirtal lauf lage, vorzugsweise aus Kupfer. Za Betrieb oxidiert aber das Kupfer und die Oxidschicht nuß bei der Stromleitung inner wieder durchbrochen werden. Dies führt unter vielen Betriebsbedingungen zu eine· relativ hohen oder auch ungleichmäßigen Spannungsabfall. Ebenfalls kann es sein, daß unter gewissen Uagebungsbedingungen das Kupfer der Planfläche des Kollektors während des Stromübergangs stark angegriffen wird. Dies ist insbesondere der Fall bei agressiver Umgebungsluft und auch beim Betrieb in Bensin, wie dies in naßlaufenden Elektromotoren in Förderaggregaten für Kraftstoff vorkommt. In diesem Fall tritt der Kollektorangriff verstärkt auf, wenn dem Benzin Methanol, Äthanol oder ähnliche Stoffe zugesetzt sind.The invention relates to a collector according to the type of the main claim. The designated surface of such a collector, which can be used for commutation, usually consists of the above-mentioned thin layer, preferably of copper. During operation, however, the copper oxidizes and the oxide layer must be broken through again when the current is passed. Under many operating conditions, this leads to a relatively high or uneven voltage drop. It can also happen that under certain environmental conditions the copper of the flat surface of the collector is strongly attacked during the current transfer. This is particularly the case in aggressive ambient air and also when operating in petrol, as occurs in wet-running electric motors in fuel delivery units. In this case, the collector attack occurs more frequently when methanol, ethanol or similar substances are added to the petrol.
Bei «inen bekannten Aggregat (DE-OS 32 21 399) sum Fördern eines als Elektrolyt wirkenden Mediums ist deshalb vorgeschlagen worden, in bestimmten Fällen metallische Bauteile des Aggregats mit einem Material su beschichten bsw. aus einem Material, beispielsweiseIn a known unit (DE-OS 32 21 399) for conveying a medium acting as an electrolyte, it has therefore been proposed that in certain cases metallic components of the unit be coated with a material such as
resistent ist.is resistant.
- 2 - 22402 - 2 - 22402
! elektrischen Antriebsaotors eines entsprechenden Forderaggregats! electric drive motor of a corresponding conveyor unit
»-©Ist ds? S23 Sosals-ssicff SjestefcsssS« ~oll*»ktor an einer Planfläche eine Eapi'er-Sintarschicht auf, die &bgr;&iacgr;&agr; Verlöten oder Verschweißen 4es Kollektors mit einen auf eines Kunststoffkörper gehaltenen Kupfer-Kollektorteil ermöglicht. Dieser Aufbau ist jedoch relativ aufwendig und soait kostenintensiv.»-©Is that? S23 As a result, the collector has a layer of silicon nitride on a flat surface, which enables the collector to be soldered or welded to a copper collector part held on a plastic body. However, this structure is relatively complex and therefore costly.
Heiter sind auch Trommel kollektoren mit Laufflächen aus Graphit bekannt. Hierbei wird ein Graphitring an seiner Innenfläche oberflächenbehandelt, auf den Trommelkollektor aufgelötet und anschließend geschlitzt, also segmentiert, so daß sich eine Graphitauflage für die einzelnen Lamellen ergibt. Bei Plankollektoren ist dieses Verfahren aber nur bedingt anwendbar.Drum collectors with running surfaces made of graphite are also known. Here, a graphite ring is surface-treated on its inner surface, soldered onto the drum collector and then slit, i.e. segmented, so that a graphite coating is created for the individual lamellae. However, this process is only partially applicable to flat collectors.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen preisgünstig herstellbaren Kollektor zu schaffen, der nicht mehr die beschriebenen Nachteile von Kollektoren alt Kupferauflagen aufweist.The invention is therefore based on the object of creating a collector that can be produced inexpensively and that no longer has the described disadvantages of collectors with old copper coatings.
Die·· Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.The problem is solved by the characterizing features of the main claim.
3ur Herstellung ein«* Plankollektors gemäß der Erfindung wird as der Planfläch· der Ketallauflage eine segmentierte Kunststoffauflage angeordnet und über zumindest formschlüssige B*ltemittel mit de» Kollektorkörper verbunden.To produce a flat collector according to the invention, a segmented plastic layer is arranged on the flat surface of the metal layer and connected to the collector body via at least form-fitting fastening means.
Di· elektrische Kontaktgabe «rfolgt sinngemäß somit über die Kohlenstoff auf lage, so daß die geschilderten Nachteil· vermieden werden. Dies gilt insbesondere beim Einsatz des erf indt .agsgemäßen Kollektors in agrefilVM itedl«a, weil di· Kontakt*lach· tor Kohlebüret· des Kollektors aus Kohlenstoffmaterial besteht/ das den Verschleiß vermindert.The electrical contact is therefore made via the carbon layer, so that the disadvantages described are avoided. This is particularly true when using the collector according to the invention in an agglomerated metal case, because the contact surface of the collector's carbon brush is made of carbon material, which reduces wear.
• · 1· 1
- 3 - 22402- 3 - 22402
Un die ie Betrieb auftretenden Kräfte aufnehmen su können, ist es zweckmäßig, dafi die Verankerung der Koblenstoffauflage durch Kohlenstoff aapf en unterstütst wird/ welche durch die Metallauflage in den Kunstutofffkörper de· Kollektor· hineinreichen können. Hierzu legt man geeignete Bohrungen an, die beim PreßVorgang mit dem Kohlenstoffmaterial gefüllt werden und die die Verankerung ergeben.In order to be able to absorb the forces that occur during operation, it is advisable for the anchoring of the carbon coating to be supported by carbon plugs, which can reach through the metal coating into the plastic body of the collector. For this purpose, suitable holes are made, which are filled with the carbon material during the pressing process and which provide the anchoring.
für die Befestigung der Segmente kann die Metallauflage iwischen einem iegmentierten inneren Singbund und einem segmentiertan äußeren Ringbund angeordnet sein. Dabei sollte iwcckmäeigerweiee die Oberfläche der Kohlenstoffauflage bsw. der einiUvlnen Kohlenetoffsegmente mit der Planfläche der beiden Ringbunde abschließen. Jedes Kohlenstoffsegment wird somit swischen den ihm sugewandten Schulter.? der beiden segmentierten Ringbunde gehalten, die su diesem Zweck vorzugsweise schwalbenschwanzartige Hinterachneidungen haben, die ebenfalls vom Kohlenstoffmaterial ausgefüllt werden.To attach the segments, the metal support can be arranged between an elongated inner ring collar and a segmented outer ring collar. The surface of the carbon support or the individual carbon segments should be flush with the flat surface of the two ring collars. Each carbon segment is thus held between the shoulders facing it of the two segmented ring collars, which for this purpose preferably have dovetail-like rear recesses that are also filled with carbon material.
Es ist wichtig, ein Kohlenstoffmaterial mit einem geeigneten Widerstand zu wählen. Dieser sollte kleiner als 10 000 uOhmcn sein. Dies erreicht man, indem man eine Graphitmischung aus einem Kunststoffgraphit oder Maturgraphit und einem duroplastischen Bars verwendet, wobei das Harz in 10 bis 25, vorzugsweise 17 bis 22 Gewichtsanteilen in der Mischung enthalten ist.It is important to choose a carbon material with a suitable resistance. This should be less than 10,000 uOhmcn. This is achieved by using a graphite mixture of a plastic graphite or mature graphite and a thermosetting bar, with the resin being present in the mixture in 10 to 25, preferably 17 to 22, parts by weight.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen sich weitere wichtig· Merkaal· ergeben. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments, from which further important features emerge. They show:
Figur 1 einen Schnitt durch einen Plankollektor entlang der Linie Z-I in Figur 2, Figur 2 eine Teildraufsicht auf den PlankollektorFigure 1 shows a section through a plan collector along the line Z-I in Figure 2, Figure 2 shows a partial plan view of the plan collector
- 4 - . 22402- 4 - . 22402
gemäß Figur 1, Figur 3 einen Teilschnitt gemäß Figur 1 durch einen andere aufgebauten Plankollektor, Figur 4 einen Teilschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Plankollektors und Figur S einen Teilschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Plankollektors.according to Figure 1, Figure 3 shows a partial section according to Figure 1 through a differently constructed flat collector, Figure 4 shows a partial section through a further embodiment of a flat collector and Figure 5 shows a partial section through a further embodiment of a flat collector.
Der Plankollektor 10 gemäß Figur 1 hat einen Kollektorkörper 12 aus einer geeigneten Kohlenstoff-Preßmasse. Segmente 14 einer Kupferauflage 15 sind auf geeignete Heise im Kollektorkörper 12 verankert, beispielsweise über hakenartige Fortsätae 16. An ihrer Außenfläche haben die Segmente 14 Vertiefungen, die radial innen bsw. außen durch geneigte Flächen 18 begrenzt werden, so daß sich eine im Querschnitt schwalbenschwanzförmige Ringnut ergibt, die radial außen durch einen Ringbund 30 und radial innen durch einen Ringbund 32 begrenzt 1st. In die dadurch geschaffenen Aufnahmevertiefungen ist eine ebenfalls segmentierte Kohlenstoffauflage 20 eingesetzt. Figur 1 zeigt auch, daß jedes der Segmente 21 der Kohlenstoffauflage 20 mindestens einen radial außen und radial innenliegenden, zapfenartigen Ansatz 22 hat, wobei diese Ansätze durch entsprechende Bohrungen durch die Metallauflage 14 hindurchgreifen und bis in den Kollektorkörper 12 reichen, zwecks Verbesserung der Verankerung der Kohlenstoffauflage 20 am Plankollektor 10.The plan collector 10 according to Figure 1 has a collector body 12 made of a suitable carbon molding compound. Segments 14 of a copper layer 15 are anchored in the collector body 12 in a suitable manner, for example via hook-like projections 16. On their outer surface, the segments 14 have recesses which are delimited radially on the inside and outside by inclined surfaces 18, so that a dovetail-shaped annular groove is formed in cross section, which is delimited radially on the outside by an annular collar 30 and radially on the inside by an annular collar 32. A carbon layer 20, which is also segmented, is inserted into the receiving recesses created in this way. Figure 1 also shows that each of the segments 21 of the carbon layer 20 has at least one radially outer and radially inner, pin-like projection 22, whereby these projections reach through corresponding holes in the metal layer 14 and extend into the collector body 12 in order to improve the anchoring of the carbon layer 20 on the flat collector 10.
Die Segmente 14 der Metallauflage 15 enden also an dem inneren Ringbund 32 und an dem äußeren Ringbund 30, wobei der äußere Ringbund mit hakenförmigen Anschlußenden 28 versehen ist, die über den Umfang des Plankollektors 10 verteilt sind. Mit den Anschlußenden 28 werden, wie an sich bekannt. Drähte der betreffenden elektrischen Maschine verschweißt.The segments 14 of the metal support 15 thus end at the inner ring collar 32 and at the outer ring collar 30, whereby the outer ring collar is provided with hook-shaped connection ends 28 which are distributed over the circumference of the flat collector 10. As is known per se, wires of the relevant electrical machine are welded to the connection ends 28.
Auch bei der Ausfuhrungsform gemäß Figur 3 ist die Kohlenstoffauflage 20 mittels eines zapfenartigen Vorsprungs 122 in den Metallsegment 14 gesichert. Dieser zapfenartige Vorsprung hat einen größeren Querschnitt als die bei der Ausführungsfora gemäß Figur 1In the embodiment according to Figure 3, the carbon layer 20 is also secured in the metal segment 14 by means of a pin-like projection 122. This pin-like projection has a larger cross-section than that in the embodiment according to Figure 1.
·&igr;·&igr;
• a ·• a ·
- 5 - 22402- 5 - 22402
gezeigten Ansätie 22. Bei der Ausführungsform gemäfi Figur 3 kann eine besonders intensive Verdichtung des zapfenartigen Vorsprungs 122 gegeben sein. In Übrigen stimmt die Ausführungsform gemäß Figur 3 mit der gemäß den Figuren 1 und 2 überein.shown attachment 22. In the embodiment according to Figure 3, a particularly intensive compression of the pin-like projection 122 can be provided. Otherwise, the embodiment according to Figure 3 corresponds to that according to Figures 1 and 2.
Auch bei der Ausführungeform gemäß Figur 4 ist der grundsätzliche Aufbau des Plankollektors identisch mit dem der oben schon beschriebenen Plankollektoren. In dem Kunststoffkörper 12 ist ebenfalls eine Metallauflage 15 verankert, die durch Trennfugen 36 (Figur 2) segmentiert ist. Abweichend von den vorher beschriebenen Ausführungsformen ist der Durchbruch 40 in der Metallauflage 15 im Querschnitt trichterartig ausgebildet und so angeordnet, daß er sich von der Kohlenetoffauflage 120 aus zum Kollektorkörper 12 hin aufweitet. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich eine besonders sichere Halterung der Kohlenstoffauflage 120 an der Metallauflage 15, weil die trichterartige Erweiterung der Durchbrüche 40 mit dem Kohlenstoffmaterial der Kohlenstoffauflage 120 ausgefüllt ist. Dadurch können gegebenenfalls die zu dem schwalbenschwanzartigen Querschnitt führenden Hinterschneidungen an den beiden Singbunden 130, 132 entfallen.In the embodiment according to Figure 4, the basic structure of the flat collector is also identical to that of the flat collectors already described above. A metal support 15 is also anchored in the plastic body 12, which is segmented by separating joints 36 (Figure 2). In contrast to the previously described embodiments, the opening 40 in the metal support 15 is funnel-shaped in cross-section and arranged so that it widens from the carbon support 120 towards the collector body 12. This embodiment results in a particularly secure mounting of the carbon support 120 on the metal support 15 because the funnel-shaped widening of the openings 40 is filled with the carbon material of the carbon support 120. This means that the undercuts on the two singal collars 130, 132, which lead to the dovetail-like cross-section, can be omitted if necessary.
Die Ausführungsform gemäß Figur 5 stimmt hinsichtlich der Singbunde 230 und 232 und somit der Ausgestaltung der Vertiefung für die Kohlenstoffauflage 220 völlig mit der Ausbildung des Plankollektors gemäß Figur 4 überein. Abweichend davon weisen bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 jedoch die Durchbrüche 222 an ihren Randbereichen mehrere aus der Metallauflag· 14 herausgebogene Widerhaken 233 auf, die einM in die Kohlenstoffauflage 220 hineinerstrecken und diese sicher an der Metallauflage 14 verankern. Diese Widerhaken können beispielsweise durch ein sogenanntes Aufstechen der Durchbrüche 222 erreicht werden, das dem Fachmann hinreichend bekannt ist. Die Metallauflage 14 ist bei dieser Ausführungsfon· wie bei allen anderen Ausfuhrangsforaea, durch hakenartige Fortsätze 16 im Kollektorkörper 12 verankert.The embodiment according to Figure 5 corresponds completely to the design of the plan collector according to Figure 4 with regard to the collars 230 and 232 and thus the design of the recess for the carbon layer 220. However, in the embodiment according to Figure 5, the openings 222 have several barbs 233 bent out of the metal layer 14 at their edge areas, which extend into the carbon layer 220 and anchor it securely to the metal layer 14. These barbs can be achieved, for example, by so-called piercing of the openings 222, which is well known to those skilled in the art. In this embodiment, as in all other embodiments, the metal layer 14 is anchored in the collector body 12 by hook-like extensions 16.
- &bgr; - 72402- &bgr; - 72402
Allen AusführungtbeisDielen lit gemeinsam, daB an der Pl an fläche der
Metallauflage 14 eine segmentierte Kohlenstoffauflage 20 bzw. 120
biw. 220 angeordnet und über zuailadest formschlüasige Haltemittel 18
una'oder 22 bzw. 122 bzw. 40 bzw. 233 mit des Kollektorkörper 12
verbunden ist.All designs have in common that a segmented carbon coating 20 or 120
biw. 220 and via the most positively locking holding means 18 and 22 or 122 or 40 or 233 with the collector body 12
connected is.
B* liegt auf der Sand, daß die Haltemittel 22 bxw. 123 baw. 222 baw.
IS bzw. 40 bzw. 233 für die Kohlenstoffauflage 20 bzw. 120 bzw. ?20
beliebig Miteinander kombinierbar sind. Über die Art der Kombination
wird der Fachmann von Fall zu Fall entscheiden.B* lies on the sand, that the holding means 22 bxw. 123 baw. 222 baw. IS or 40 or 233 for the carbon layer 20 or 120 or ?20
can be combined with each other in any way. The type of combination will be decided by the specialist on a case-by-case basis.
Der mittlere Durchmesser der Elementarflocken des Graphits
der Kohlenstoffauflage 20 bzw. 120 bzw. 220 liegt
vorzugsweise zwischen etwa 15 &mgr;&pgr;> und 30 &mgr;&igr;&eegr;, und zwar gemessen
mit dem Meßgerät "Particle-Size-Analyzer11 der Firma Laser-Sensor-Technology
Corp. Redmont, Wa, USA.The average diameter of the elementary flakes of graphite of carbon coating 20, 120 or 220 is
preferably between about 15 μιη and 30 μιη, measured with the measuring device "Particle Size Analyzer 11 from Laser-Sensor-Technology Corp. Redmont, Wa, USA.
Claims (11)
I· Il · * « · » II · Il ■ f · · ·
I· Il · * « · » I
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