EP0491904B1 - Plankollektor und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

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EP0491904B1
EP0491904B1 EP91911932A EP91911932A EP0491904B1 EP 0491904 B1 EP0491904 B1 EP 0491904B1 EP 91911932 A EP91911932 A EP 91911932A EP 91911932 A EP91911932 A EP 91911932A EP 0491904 B1 EP0491904 B1 EP 0491904B1
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commutator
plate
segments
disc
electrically insulating
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Ulrich Kemmner
Karlheinz Burger
Hans-Peter Koch
Peter Sellnau
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/06—Manufacture of commutators
    • H01R43/08—Manufacture of commutators in which segments are not separated until after assembly
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/04—Commutators
    • H01R39/06—Commutators other than with external cylindrical contact surface, e.g. flat commutators

Definitions

  • the invention is based on a plan collector according to the preamble of the main claim.
  • a plan collector is known from DE-U-89 08 077, in which segments of a metal support are anchored to an electrically insulating support, the segments being provided with connections for electrical contacting.
  • the segments of the metal pad are connected to a likewise segmented carbon pad made of a composite material, the composite material consisting of a carbon-metal composite.
  • the connection between the metal support and the commutator lamellae is achieved in that the metal embedded in the carbon is used as the basis for soldering or for sintering with the metal support.
  • the commutator disc made of composite material requires a special manufacturing process.
  • a plan collector which has a metallic support, the surface of which is provided with an insulating coating and on which the commutator lamellae are glued.
  • This publication further shows that the commutator lamellae are formed from a shell, the shell containing radial slots which serve to separate the commutator lamellae from one another as soon as the full-walled area of the shell has been removed.
  • the adhesive does not withstand the enormous thermal effects.
  • the commutator lamellae are also provided with an inner and outer collar, which is intended to ensure that the centrifugal forces are absorbed and the adhesive surface is enlarged.
  • the plan collector according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the commutator lamellae receive a stable connection with the insulating support, the circuit board also serving for the fastening function for the commutator lamellae also for dissipating heat.
  • Another advantage of the invention is that the two-part design of the collector for the running surface of the plane collector means an abrasion-resistant and lubricious material, such as e.g. Carbon can be used, which is firmly anchored by means of the circuit board in the insulating support. This also ensures that the plane collector can be used in electric motors to convey liquids with a relatively high electrical conductivity. The running surface of the plane collector is not attacked by the liquid acting as an electrolyte, so that the operational safety of the electric motor is fully maintained.
  • the plan collector can be produced particularly cost-effectively in that the commutator lamellae are formed from a commutator disk having radial slots, the full-walled area of which is removed after being fastened to the circuit board. This makes it possible to assemble the complete flat collector provided with the commutator fins on the rotor shaft and then to weld the coil wires to the connections without the commutator fins becoming loose. In the known solutions, the slots have to be sawn into the plan collector, which is difficult to do without damaging the rotor axis.
  • the openings acting as a heat barrier are an additional anchoring element form for the circuit board in the electrically insulating support, and that the connections for the coil wires attached to the edge of the circuit board segments make it possible to connect the second electrode directly to the circuit board when welding the coil wires, which also serves the purpose of improving the heat dissipation.
  • FIG. 1 shows a sectional view through a plan collector according to the invention
  • FIG. 2 shows a plan view of the plan collector before the removal of the full-walled area of a commutator lamella
  • FIG. 3 shows a sectional view along line III-III in FIG. 2.
  • the plan collector shown in FIG. 1 has an electrically insulating carrier 10 made of plastic, in which a circuit board 11 made of copper is anchored.
  • the commutator bars 15 are attached to the circuit board 11.
  • the commutator bars 15 are electrically insulated from one another by the radial slots 13.
  • Congruent to the radial slots 13, the board 11 also has radial slots 14, which separate the board 11 into mutually electrically insulated segments 11 '.
  • each segment 11 'of the circuit board 11 each has a connection 17 for the coil wires of the rotor.
  • the connections 17 according to FIG. 2 are attached to the edge of each segment 11 '.
  • each segment 11 'of the circuit board 11 each has one or more hooks 20 which engage as an anchoring element in the electrically insulating carrier 10.
  • each segment 11 'of the board 11 has openings 18 ( Figure 2 and Figure 3).
  • the commutator bars 15 are formed from a commutator disk 12, as can also be seen in FIG. 3.
  • the commutator disk 12 is provided on one end face with radial slots 13 which, as already explained, later form the electrical insulation of the commutator bars 15 from one another.
  • the circuit board 11 is cast into the carrier 10 in an injection molding process in such a way that it forms an end face of the carrier 10. Then radial slots 14 are sawn into the circuit board 11, as in the usual commutator production.
  • the radial slots must be designed so that the board 11 'is divided into mutually electrically insulated segments 11'. It is important that the segmentation of the circuit board 11 is congruent with the commutator bars 15 of the commutator disk 12.
  • the Kummutatorefficiency 12 consists of plastic-bonded graphite and is pressed as such.
  • the end face of the commutator disk 12 provided with radial slots 13 is metallized and then provided with a solder. Then the commutator disk 12 is placed in a soldering device on the carrier provided with the segmented circuit board 11 in such a way that the segments 11 'of the circuit board 11 and the fins 15 come congruently to one another.
  • the commutator disk 12 is soldered to the segments 11 'of the circuit board by means of the joint surface 19 provided with solder, so that the plane collector has the shape shown in FIG. 3 as a sectional view.
  • the plan collector thus obtained is then mounted on the rotor, not shown in the drawing.
  • the coil wires of the rotor with the connections 17 of the segments 11 ' Board 11 welded.
  • the rotor is then clamped in a processing machine, for example a lathe, and the full-wall region 16 of the commutator disc 12 is removed until the radial slots 13 are exposed.
  • plan collector consists in that the insulating carrier 10 with the segmented circuit board 11 is mounted on the rotor and the coil wires of the rotor are welded to the connections 17. As already described, the commutator disk 12 is then soldered onto the circuit board 11 connected to the rotor. Thereafter, as already explained above, the full-walled area 16 of the commutator disk 12 is removed.
  • connection 17 are each attached to the edge of the segments 11 'of the circuit board 11.
  • the second welding electrode can also be connected directly to the circuit board 11, which serves the purpose of improving the heat dissipation.
  • each of the segments 11 'of the circuit board 11 act as a heat barrier when welding the coil wires in such a way that they prevent heat conduction over the entire segment of the circuit board 11.
  • the openings 18 fill up with the material of the carrier 10 during injection molding, they additionally anchor the segments of the circuit board 11 in the carrier 10.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plankollektor für eine elektrische Maschine mit an einem elektrisch isolierenden Träger angeordneten radialen Kommutatorlamellen. Auf dem elektrisch isolierenden Träger (10) ist eine löt- oder schweißfähige in Segmente (11') mit Anschlüssen (17) unterteilbare Platine (11) aufgebracht, die eine zu den Kommutatorlamellen (15) kongruente Segmentierung aufweist, wobei die Kommutatorlamellen auf die Platine (11) aufgelötet oder aufgeschweißt sind.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Plankollektor nach der Gattung des Hauptanspruchs.
  • Aus dem DE-U- 89 08 077 ist ein Plankollektor bekannt, bei dem an einem elektrisch isolierenden Träger Segmente einer Metallauflage verankert sind, wobei die Segmente mit Anschlüssen für eine elektrische Kontaktierung versehen sind.
  • Die Segmente der Metallauflage sind mit einer ebenfalls segmentierten Kohlenstoffauflage aus einem Verbundmaterial verbunden, wobei das Verbundmaterial aus einem Kohlenstoff-Metall-Verbund besteht. Die Verbindung zwischen Metallauflage und Kommutatorlamellen wird dadurch erzielt, daß das im Kohlenstoff eingelagerte Metall als Grundlage zum Verlöten beziehungsweise zum Versintern mit der Metallauflage genutzt wird. Die Kommutatorscheibe aus Verbundmaterial erfordert ein spezielles Herstellungsverfahren.
  • Nach DE-A- 34 22 719 ist ein Plankollektor bekannt, der einen metallischen Träger aufweist, dessen Oberfläche mit einem Isolierüberzug versehen ist und auf dem die Kommutatorlamellen aufgeklebt sind. Aus dieser Druckschrift geht weiterhin hervor, die Kommutatorlamellen aus einer Schale zu bilden, wobei die Schale radiale Schlitze enthält, die dazu dienen, die Kommutatorlamellen voneinander zu trennen sobald der vollwandige Bereich der Schale abgetragen ist. Nachteilig hierbei erscheint, daß auch der Kleber den enormen thermischen Einwirkungen nicht standhält. Deshalb sind auch die Kommutatorlamellen mit einem inneren und äußeren Kragen versehen, der gewährleisten soll, die Zentrifugalkräfte aufzunehmen und die Klebeoberfläche zu vergrößern.
    • Vorteile der Erfindung
  • Der erfindungsgemäße Plankollektor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Kommutatorlamellen eine stabile Verbindung mit dem isolierenden Träger erhalten, wobei die Platine neben der Befestigungsfunktion für die Kommutatorlamellen gleichzeitig zur Ableitung von Wärme dient. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die zweiteilige Ausbildung des Kollektors für die Lauffläche des Plankollektors ein abriebfester und gleitfähiger Werkstoff, wie z.B. Kohlenstoff, eingesetzt werden kann, der vermittels der Platine im isolierenden Träger eine feste Verankerung erfährt. Damit ist gleichzeitig gewährleistet, daß der Plankollektor bei Elektromotoren zur Förderung von Flüssigkeiten mit einer relativ hohen elektrischen Leitfähigkeit eingesetzt werden kann. Die Lauffläche des Plankollektor wird dabei von der als Elektrolyt wirkenden Flüssigkeit nicht angegriffen, so daß die Betriebssicherheit des Elektromotors voll erhalten bleibt.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Plankollektors möglich. Besonders kostengünstig herstellbar ist der Plankollektor dadurch, daß die Kommutatorlamellen aus einer Radialschlitze aufweisenden Kommutatorscheibe gebildet sind, deren vollwandiger Bereich nach dem Befestigen auf der Platine abgetragen wird. Dadurch ist es möglich, die Montage des kompletten, mit den Kommutatorlamellen versehenen Plankollektors auf die Läuferwelle und anschließend das Verschweißen der Spulendrähte mit den Anschlüssen, ohne daß sich die Kommutatorlamellen dabei lösen. Bei den bekannten Lösungen müssen die Schlitze nachträglich in den Plankollektor eingesägt werden, was ohne Beschädigung der Läuferachse nur schwerlich möglich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die als Wärmebarriere wirkenden Durchbrüche ein zusätzliches Verankerungselement für die Platine im elektrisch isolierenden Träger bilden, und daß die am Rand der Platinensegmente angebrachten Anschlüsse für die Spulendrähte es ermöglichen, beim Anschweißen der Spulendrähte auch die zweite Elektrode direkt mit der Platine zu verbinden, was auch dem Zweck dient, die Wärmeableitung zu verbessern.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Plankollektor, Figur 2 eine Draufsicht auf den Plankollektor vor dem Abtragen des vollwandigen Bereiches einer Kommutatorlamellenscheibe und Figur 3 eine Schnittdarstellung nach Linie III - III in Figur 2.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispieles
  • Der in Figur 1 dargestellte Plankollektor weist einen aus Kunststoff bestehenden elektrisch isolierenden Träger 10 auf, in dem eine Platine 11 aus Kupfer verankert ist. Auf der Platine 11 sind die Kommutatorlamellen 15 befestigt. Die Kommutatorlamellen 15 sind untereinander durch die Radialschlitze 13 elektrisch isoliert. Deckungsgleich zu den Radialschlitzen 13 besitzt die Platine 11 ebenfalls Radialschlitze 14, welche die Platine 11 in untereinander elektrisch isolierte Segmente 11′ trennen. Am Umfang besitzt jedes Segment 11′ der Platine 11 jeweils einen Anschluß 17 für die Spulendrähte des Läufers. Dabei sind die Anschlüsse 17 gemäß Figur 2 am Rand eines jeden Segmentes 11′ angebracht.
  • Aus Figur 3 ist ersichtlich, daß jedes Segment 11′ der Platine 11 jeweils einen oder mehrere Haken 20 aufweist, der als Verankerungselement in dem elektrisch isolierenden Träger 10 eingreift. Außerdem besitzt jedes Segment 11′ der Platine 11 Durchbrüche 18 (Figur 2 und Figur 3).
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Kommutatorlamellen 15, wie aus Figur 3 weiterhin zu entnehmen ist, aus einer Kommutatorscheibe 12 gebildet. Die Kommutatorscheibe 12 ist an einer Stirnseite mit Radialschlitzen 13 versehen, die, wie bereits erläutert, später die elektrische Isolierung der Kommutatorlamellen 15 untereinander bilden.
  • Zur Herstellung des Plankollektors wird die Platine 11 im Spritzgußverfahren in den Träger 10 derart eingegossen, daß sie eine Stirnfläche des Trägers 10 bildet. Danach werden in die Platine 11, wie bei der üblichen Kommutatorherstellung, Radialschlitze 14 eingesägt. Die Radialschlitze müssen dabei so ausgeführt sein, daß die Platine 11 in untereinander elektrisch isolierte Segmente 11′ geteilt ist. Wichtig dabei ist, daß die Segmentierung der Platine 11 kongruent zu den Kommutatorlamellen 15 der Kommutatorscheibe 12 ist.
  • Die Kummutatorscheibe 12 besteht aus kunststoffgebundenem Graphit und wird als solche gepreßt. Die mit Radialschlitzen 13 versehene Stirnfläche der Kommutatorscheibe 12 wird metallisiert und sodann mit einem Lot versehen. Danach wird die Kommutatorscheibe 12 in einer Lötvorrichtung auf den mit der segmentierten Platine 11 versehenen Träger derart aufgelegt, daß die Segmente 11′ der Platine 11 und die Lamellen 15 deckungsgleich zueinander kommen.
  • Durch Wärmeeinwirkung wird die Kommutatorscheibe 12 mittels der mit Lot versehenen Fügefläche 19 mit den Segmenten 11′ der Platine verlötet, so daß der Plankollektor die Gestalt aufweist, die in Figur 3 als Schnittdarstellung gezeigt ist.
  • Daraufhin wird der so erhaltene Plankollektor auf den in der Zeichnung nicht dargestellten Läufer montiert. Dabei werden die Spulendrähte des Läufers mit den Anschlüssen 17 der Segmente 11′ der Platine 11 verschweißt. Danach wird der Läufer in eine Bearbeitungsmaschine, beispielsweise eine Drehmaschine, eingespannt und der vollwandige Bereich 16 der Kommutatorscheibe 12 abgetragen bis die Radialschlitze 13 freiliegen.
  • Eine andere Realisierungsvariante des Plankollektors besteht darin, daß der isolierende Träger 10 mit der segmentierten Platine 11 auf den Läufer montiert wird und die Spulendrähte des Läufers mit den Anschlüssen 17 verschweißt werden. Auf die mit dem Läufer verbundene Platine 11 wird dann, wie bereits beschrieben, die Kommutatorscheibe 12 aufgelötet. Danach wird, wie bereits oben ausgeführt, der vollwandige Bereich 16 der Kommutatorscheibe 12 abgetragen.
  • Es ist aber gleichfalls denkbar, die in Figur 3 dargestellte Anordnung des Plankollektors in die Bearbeitungsmaschine einzuspannen, um den vollwandigen Bereich 16 der Kommutatorscheibe 12 abzutragen. Erst danach wird der so erhaltene fertige Plankollektor auf dem Läufer montiert.
  • Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, sind die Anschlüsse 17 jeweils am Rand der Segmente 11′ der Platine 11 angebracht. Dadurch kann beim Anschweißen der Spulendrähte auch die zweite Schweißelektrode direkt mit der Platine 11 verbunden werden, was dem Zweck dient, die Wärmeableitung zu verbessern.
  • Die jeweils in den Segmenten 11′ der Platine 11 eingebrachten Durchbrüche wirken als Wärmebarriere beim Verschweißen der Spulendrähte derart, daß sie die Wärmeleitung über das gesamte Segment der Platine 11 verhindern. Dadurch, daß sich die Durchbrüche 18 beim Spritzgießen mit dem Material des Trägers 10 auffüllen bewirken sie zusätzlich eine Verankerung der Segmente der Platine 11 im Träger 10.

Claims (6)

  1. Plankollektor für eine elektrische Maschine mit an einem elektrisch isolierenden Träger (10) angeordneten radialen Kommutatorlamellen (15), mit einer auf dem elektrisch isolierenden Träger (10) aufgebrachten löt- oder schweißfähigen, in Segmente (11′) mit Anschlüssen (17) unterteilbaren Platine (11), die eine zu den Kommutatorlamellen (15) kongruente Segmentierung aufweist, wobei die Kommutatorlamellen (15) auf die Platine (11) aufgelötet oder aufgeschweißt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutatorlamellen (15) aus kunststoffgebundenem Graphit bestehen und zumindest an der Fügefläche mit der Platine (11) mit einer dünnen metallischen Schicht versehen sind, und daß die Kommutatorlamellen (15) aus einer Radialschlitze (14) aufweisenden Kommutatorscheibe (12) gebildet sind, in die in eine der Stirnflächen in der Tiefe bis auf einen an der gegenüberliegenden anderen Stirnfläche sich ausbildenden vollwandigen Bereich (16) in Form eines geschlossenen Ringes die Radialschlitze (14) eingebracht sind, wobei der vollwandige Bereich (16) nach dem Befestigen der Kommutatorscheibe (12) auf der Platine (11) abgetragen wird.
  2. Plankollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine (11) aus Kupfer oder Nickel besteht.
  3. Plankollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine (11) Mittel (20) zur Verankerung im elektrisch isolierenden Träger (10) aufweist.
  4. Plankollektor nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine (11) Durchbrüche (18) aufweist, die mit dem Material des elektrisch isolierenden Trägers (10) ausgefüllt sind und als zusätzliche Wärmebarriere beim Verschweißen der Spulendrähte wirken.
  5. Plankollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnte, daß die Anschlüsse (17) außermittig, vorzugsweise am Rand eines jeden Segmentes (11′) der Platine (11) angeordnet sind.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Plankollektors für eine elektrische Maschine, gekennzeichnet durch
    a) Verbinden eines elektrisch isolierenden Trägers mit einer in Segmente unterteilten Platine,
    b) Herstellen einer Kommutatorscheibe, in die an einer der Stirnflächen in der Tiefe bis auf einen an der gegenüberliegenden anderen Stirnfläche sich ausbildenden vollwandigen Bereich radial verlaufende Schlitze eingebracht sind, derart, daß eine zu den Segmenten der Platine kongruente Segmentierung der Kommutatorscheibe erzeugt wird,
    c) Metallisieren der mit den radialen Schlitzen versehenen Stirnseite der Kommutatorscheibe,
    d) Aufsetzen der segmentierten Stirnfläche der Kommutatorscheibe auf die Platine, so daß die Segmente der Platine und die Segmente der Kommutatorscheibe deckungsgleich aufeinander zu liegen kommen,
    e) Verlöten oder Verschweißen der Kommutatorscheibe mit der Platine,
    f) Abtragen des vollwandigen Bereiches der Kommutatorscheibe, so daß an der Lauffläche des Kommutators sich untereinander elektrisch isolierte Kommutatorlamellen ausbilden.
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EP0491904A1 EP0491904A1 (de) 1992-07-01
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