EP0944938B1 - Kommutator mit armierungsring - Google Patents

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EP0944938B1
EP0944938B1 EP96943938A EP96943938A EP0944938B1 EP 0944938 B1 EP0944938 B1 EP 0944938B1 EP 96943938 A EP96943938 A EP 96943938A EP 96943938 A EP96943938 A EP 96943938A EP 0944938 B1 EP0944938 B1 EP 0944938B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ring
commutator
metal ring
insulating
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP96943938A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0944938A1 (de
Inventor
Joze Potocnik
Ivan Cerin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Comtrade Handelsgesellschaft mbH
Original Assignee
Comtrade Handelsgesellschaft mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Comtrade Handelsgesellschaft mbH filed Critical Comtrade Handelsgesellschaft mbH
Publication of EP0944938A1 publication Critical patent/EP0944938A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0944938B1 publication Critical patent/EP0944938B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a commutator according to the preamble of claim 1 with embedded in molding material Copper segments that have one in at least one receptacle Armoring ring arranged coaxially to the commutator rotation axis record that from a metal ring as well an insulating ring joined to the metal ring consists.
  • the invention further relates to a method according to the preamble of claim 9 for the manufacture of a such commutator, in which one of copper segments existing body with at least one receptacle for one consisting of a metal ring and an insulating ring Reinforcement ring made, the reinforcement ring on this Shot applied and the commutator then with Press material is poured.
  • commutators which are reinforced with fiberglass reinforcement rings.
  • the glass fiber ring has an advantageous elongation characteristic on and can be easily pretensioned or braced
  • further fiberglass rings can be attached to the copper holding anchor slide on directly because the reinforcement rings are also electrical Isolators are - such commutators have a weakness compared to those reinforced with steel rings Switchboards. This weakness manifests itself in the application of these commutators for highly heat-loaded motors or at Long-term operation under high temperature influences. Is too it is possible that due to some error Heat overload comes. With all heat overloads local softening of the insulation ring or Glass fiber rings occur when inexpensive resins be used. As a result, the commutator segments shift beyond the tolerance values can, reducing the life of such commutators is significantly reduced.
  • the reinforcement ring consists of at least one in cross section essentially rectangular metal ring consists of one in cross section essentially rectangular insulating ring is added.
  • the commutator is, for example, from DE-A-4302759 known.
  • This document discloses a commutator for an electric motor with a fan-shaped distribution around the circumference Copper lamellae with undercuts Inner bars in an insulating carrier made of a plastic molding compound are anchored.
  • a commutator specified in the preamble of claim 1 Art is from WO-A-95/22184 and WO-A-95/22185 known.
  • These publications deal with the Making one out of a metal ring and a glass fiber ring assembled armoring ring for commutators.
  • a metal ring with a rectangular cross section is created at the front into a rectangle that is initially rectangular in cross section Fiberglass ring pressed in; this deforms the glass fiber ring step-shaped such that a The protruding area is created, which is offset from the metal ring and rests on a radial outer surface of the metal ring, which creates a centering or flange part.
  • the generic state of the art is the 3 and 6 of WO-A-95/22184 and Figs. 3 and 7 of WO-A-95/22185 represents. It is important that the Space between the metal ring and the retaining anchor Copper segments are filled with molding material. Other than this applies to the prior art according to DE-A-43027159, thus presses a first part of the radial outer surface the holding anchor via a pressure-resistant at high temperatures Intermediate layer of the press material on the metal ring of the Reinforcing ring.
  • the present invention is based on the object specify a commutator of the type mentioned at the beginning, which with technically simple means both at high Working temperatures as well as at high speeds has further improved torsional strength, at the same time is easy to manufacture and also has the advantages of Strain behavior of the insulation ring can exploit.
  • the Another object of the invention is a method of the type mentioned at the beginning indicating the manufacture one both under high temperatures and under high ones Speeds in terms of its torsional strength enables improved commutator and at the same time Manufacturing process extremely simplified.
  • This task is done with a commutator according to the generic term of claim 1 and a manufacturing method according to solved the preamble of claim 9 in that the Support part of the insulating ring has a smaller inner diameter has than the metal ring and that one in axial Direction towards the first part of the radial outer surface the holding anchor connecting second part the support part the insulating ring independently.
  • the supporting part of the insulating ring due to its opposite the metal ring of smaller inner diameter on its total axial extent directly on the radial The outer surface of the holding anchor rests.
  • the result is an optimized multiple reinforcement system in such a way that the metal ring and the supporting part of the Isolation ring are ideally separated in terms of position; everyone Part of the radial outer surface of the retaining anchor carries the other part completely independent, everyone on his axial height of the retaining anchors functionally the force that from the effect of the centrifugal force of the copper segments evident.
  • the manufacturing method according to the present invention uses the particularly advantageous manufacturing method of the reinforcement ring at least by compressing at the front one essentially rectangular in cross section Metal ring with an initially in cross section essentially rectangular insulating ring such that the insulating ring seen from the inside out in the axial direction a supporting part and a radially outside of it subsequent and axially offset centering or flange part exists, the two integrally formed with each other are and have a step shape that the metal ring thus fitted into the step shape of the insulating ring is that at least part of the radial outer surface of the Metal ring on the radial inner surface of the flange part and an end face of the metal ring completely on one End face of the support part rests.
  • the solutions according to the invention also have the Advantage that only about each for the assembled ring half of the usual axial heights of the insulating ring and the steel or metal ring is used, what leads to considerable material savings. Since both the metal ring and the insulating ring are included relatively large dimensional tolerances are manufactured manufacturing costs for the reinforcement ring drastically lowered.
  • the insulating ring is a glass fiber ring and still inexpensive and therefore not extremely warm. heat resistant resins can be used.
  • the foregoing description is essentially a normal lamellar commutator (drum or roller commutator) relates, the invention is not limited to one limited such commutator. That's how it is possible, the solution according to the invention on a flat commutator apply, i.e. it can be the same reinforcement ring used and consistent in the recording be embedded.
  • the metal ring is annular and has a coaxially extending groove in which the engages part abutting the metal ring. This training is particularly cheap for flat commutators. Because This shape of the metal ring causes the flat commutator to tilt effectively prevented.
  • the insulating ring is stepped formed with a support part and a flange part is, the flange part axially offset in the groove of the Metal ring engages, the space between the inner circumferential surface of the metal ring and that of the axis of rotation Adjacent arranged from copper segments with pressed material is filled, which is a part of the insulating body of the flat commutator is.
  • the metal ring is very easy to manufacture, for example by is punched out of a sheet. This is due to the low axial height of the metal ring possible.
  • the metal ring can also be from a metal tube be cut to length. Here, too, is the comparatively low one axial height is advantageous because it is made of a metal tube more metal rings can be separated with a given length can.
  • the insulating ring is preferably used as a glass fiber ring produced by winding accordingly of glass fibers with the addition of synthetic resin or by separation is made from a glass fiber tube.
  • the metal ring is formed in the form of an annular disk and is coaxial extending groove, in which the on the metal ring adjacent part can intervene when pressed together. there the cross section of this metal ring is higher Section modulus.
  • this groove is formed in such a way that an annular one on the opposite side of the metal ring Process arises.
  • Another advantage of the commutator according to the invention is that the reinforcement ring on both sides of the ring can be directly based on the copper segments.
  • An additional advantage of this commutator according to the invention is that only the support part of the insulating ring is biased independently of the metal ring.
  • FIG. 1 shows a partial cross section through a commutator 10, whose copper segments 26 are cast in a molding material 12 or are embedded and about an axis of rotation 14 in Operation of the commutator 10 can rotate.
  • the commutator 10 is at least on one, preferably on both ends with a reinforcing ring 16, which consists of a metal ring 18th and an insulating ring 20.
  • the reinforcement ring 16 from a receptacle present in the copper segments 26 15 added.
  • the receptacle 15 is in this embodiment groove-shaped and is formed by undercuts formed in the individual copper segments 26.
  • a glass fiber ring 20 is preferred as an insulating ring.
  • the copper segment 26 points on its axis of rotation 14 facing side a retaining anchor 28 which is part of the Recording 15 for the reinforcing ring 16 forms.
  • the glass fiber ring 20 is of this type built up in steps that it has a supporting part 22, which bears against the radial outside of the holding anchor 28, as well as at the base of the receptacle 15.
  • the support member 22 is only on the radial outside of the holding anchor 28.
  • a centering or flange part is connected to the support part 22 24 of the glass fiber ring 20 in such a way that this flange part 24 is axially offset to the support member 22 and thus one Has step shape. Furthermore, the radial outside of the Flange portion 24 on the radially inward surface of the copper segment 26.
  • the metal ring 18 is received so that its radial Outer surface partially abuts the flange part 24, while its axially inward face surface lies completely against the support part 22. Between the radial inner surface of the metal ring 18 and the radial An outer surface of the holding anchor 28 forms a space is, this can be done with an intermediate layer 30 made of pressed material 12 must be completed.
  • the axial outer surface forms of the anchor 28 seen from the outside inwards a first Part a, through which the holding anchor 28 by means of at high temperatures pressure-resistant intermediate layer 30 of the molding material 12 presses on the metal ring 18 while an inside of it subsequent second part b essentially on the radial Inner surface of the support member 22 abuts.
  • FIG. 2 shows a partial cross section of a flat commutator 110 depicting a second embodiment of the invention forms, however, the reinforcement ring shown in Fig.1 used.
  • Fig.2 those with the one shown in Fig.1 were Embodiment same parts with the same, however Reference number increased by 100 to aid understanding facilitate.
  • the flat commutator 110 shown in FIG. 2 consists of a cross section L-shaped copper segments 126, with the brush tread perpendicular to a rotation axis 114 of the face commutator 110 runs. Run parallel to the axis of rotation 114 Retaining anchors 128 of the copper fins 126 that together form a receptacle 115 for a reinforcement ring 116.
  • the reinforcing ring 116 is made up of an insulating ring 120 and a Metal ring 118 formed. It also consists in this Example of the insulating ring 120 made of a glass fiber ring.
  • the glass barrel ring 120 consists of a supporting part 122, which is on both the inward surface of the Holding anchors 128, as well as on the brush tread facing away Surface of the copper segment 126 rests.
  • the glass fiber ring 120 is also of 2 shows a centering or flange part 124 axially offset, that the glass fiber ring 120 is a stage for receiving a Metal ring 118 forms.
  • first part a and also a second part Part b which correspond to the same areas of Figure 1, over which the centrifugal force of the holding armature 128 transferred to the metal ring 118 or the glass fiber ring 120 becomes.
  • the face commutator 110 is made of pressed material 112 potted or pressed.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of an inventive Commutators, here flat commutators 210, shown a reinforcing ring 216 in a receptacle 215 having. Furthermore, the same will be increased, but by 100 Reference numbers from Fig.2 used.
  • the metal ring 218 of the third embodiment has one changed form on that it was designed in the form of an annular disk and is coaxial with the axis of rotation 214 and groove 234 facing the brush tread, in which is part of a centering or flange part 224 of a Isolating ring 220 engages.
  • the support part 222 the flange part 224 adjoins in a stepped, axially offset manner, whose cantilevered area engages in the groove 234.
  • the section adjoining the flange part 224 radially on the outside the metal ring 218 is used for additional support the sections of the copper segments forming the brush running surface 226. This also increases the surface area which can adhere to the Pressstoff212.
  • the reinforcement ring 16, 116 and 216 is produced by compressing at least one cross-section at the end essentially rectangular metal ring 18,118 and 218 with the substantially rectangular cross section Isolierring 20,120 and 220. This happens so that at least one flange part 24, 124 and 224 of the insulating ring 20, 120 and 220 in the axial direction of the commutator 10, 110 and 210 is moved from the inside out and the metal ring 18, 118 or 218 on its radial outer surface or engages in the groove 234.
  • the production of the metal ring is preferably so performed that a corresponding metal ring from a sheet 18,118 is punched out. This is possible because the axial height of the metal rings 18, 118 and 218 comparatively is low. Furthermore, the metal ring 18, 118 and 218 can also be cut to length from a metal pipe, due to the low axial height comparatively more metal rings 18,118 and 218 can be separated from a pipe of given length.
  • the production of the insulating ring is also very simple, in particular if a glass fiber ring 20, 120 and 220 is used.
  • This glass fiber ring 20, 120 and 220 can either by appropriate winding of glass fibers under Supply of synthetic resin or by removing an appropriate one Piece of a fiberglass tube, here, too, due to the low axial height Glass fiber rings separated from the glass fiber tube with a given length can be.
  • the reinforcement ring 16, 116 and 216 is produced by simply pressing the previously together with the corresponding ones End faces collapsed rings, without any exert axial tension.
  • the two rings are just moved axially relative to each other, the corresponding Flange part 24, 124 and 224 of the former rectangular Cross section of the glass fiber ring 20, 120 or 220 usually shifted relative to the metal ring 18, 118 or 218 becomes.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Kommutator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit in Preßstoff eingebetteten Kupfersegmenten, die in mindestens einer Aufnahme einen koaxial zur Kommutatorrotationsachse angeordneten Armierungsring aufnehmen, der aus einem Metallring sowie aus einem mit dem Metallring zusammengefügten Isolierring besteht. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 zur Herstellung eines derartigen Kommutators, bei dem ein aus Kupfersegmenten bestehender Körper mit mindestens einer Aufnahme für einen aus einem Metallring und einem Isolierring bestehenden Armierungsring hergestellt, der Armierungsring auf diese Aufnahme aufgebracht und der Kommutator anschließend mit Preßstoff vergossen wird.
Es sind verschiedene Ausführungen von Kommutatoren bekannt, die mit Glasfaser-Armierungsringen verstärkt sind. Trotz der großen Vorteile dieser Kommutatoren - zum Beispiel weist der Glasfaserring eine vorteilhafte Dehnungscharakteristik auf und läßt sich gut vor- bzw. verspannen, ferner lassen sich Glasfaserringe auf den Halteanker aus Kupfer direkt aufschieben, da die Armierungsringe zugleich elektrische Isolatoren sind - haben derartige Kommutatoren doch eine Schwäche gegenüber den mit Stahlringen armierten Kommutatoren. Diese Schwäche äußert sich bei der Anwendung dieser Kommutatoren für hochwärmebelastete Motoren oder bei Langzeitbetrieb unter hohen Temperatureinflüssen. Auch ist es möglich, daß es aufgrund irgendeinen Fehlers zu einer Wärmeüberbelastung kommt. Bei allen Wärmeüberbelastungen kann eine lokale Erweichung des Isolationsrings bzw. Glasfaserrings eintreten, wenn kostengünstige Harze verwendet werden. Dies hat zur Folge, daß sich die Kommutatorsegmente über die Toleranzwerte hinaus verschieben können, wodurch die Lebensdauer derartiger Kommutatoren beträchtlich vermindert ist.
Es sind daher bereits Kommutatoren vorgeschlagen worden, bei denen der Armierungsring aus mindestens einem im Querschnitt im wesentlichen rechteckförmigen Metallring besteht, der von einem im Querschnitt im wesentlichen rechteckförmigen Isolierring aufgenommen ist. Ein derartiger Kommutator ist beispielsweise aus der DE-A-4302759 bekannt. Diese Druckschrift offenbart einen Kommutator für einen Elektromotor mit fächerförmig am Umfang verteilten Kupferlamellen, die mit Hinterschneidungen aufweisenden Innenstegen in eienm isolierenden Träger aus einer Kunststoff-Preßmasse verankert sind. Dabei ist ein zumindest einen metallischen Spannring umfassender Armierungsring im Träger eingeschlossen, der die Innenstege an Fortsätzen im Bereich der Hinterschneidungen umgreift und zumindest auf seiner den Fortsätzen zugewandten Innenseite eine isolierende Zwischenlage aufweist. Dabei besteht die Zwischenlage aus einem dem Spannring schlüssig eingepaßten Stützring aus einem auch bei hohen Arbeitstemperaturen druckfesten und isolierenden Material.
Da zwischen Spannring und Stützring ein Preßsitz vorgegeben ist, wodurch der Spannring und der Stützring eine starre und feste Einheit als Armierungsring bilden, müssen beide Ringe vor ihrer Zusammensetzung mit hochgenauen Abmessungen und somit sehr. engen Fertigungstoleranzen hergestellt werden, damit sowohl immer die gleiche Preßkraft zwischen den beiden Ringen als auch eine entsprechende Paßgenauigkeit in den Hinterschneidungen sichergestellt werden kann. Hinzu kommt, daß in dem Fall, in dem der Stützring aus Glas besteht, eine Vorspannung zur Ermöglichung des Preßsitzes nur mit sehr großem Aufwand herstellbar ist. Ferner ist möglich, daß bei einer Ausführung mit Glasfaserring dieser bei einer hohen Temperatur erweicht werden kann, wenn preiswertes, nicht wärmebeständiges Hartz verwendet wird, was zumindest zu einer Beschädigung dieses aus dem Glasfaserring und einem Metallring bestehenden Armierungsringes führen kann. Des weiteren kann der zwischen der Nabe und dem Metallring angeordnete Isolationsring bzw Glasring in seinem in den Kommutator eingebauten Zustand nicht mehr vorgespannt werden.
Ein Kommutator der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art ist aus der WO-A-95/22184 sowie der WO-A-95/22185 bekannt. Diese Veröffentlichungen befassen sich mit der Herstellung eines aus einem Metallring und einem Glasfaserring zusammengefügten Armierungsringes für Kommutatoren. Ein im Querschnitt rechteckförmiger Metallring wird dabei stirnseitig in einen zunächst im Querschnitt reckteckförmigen Glasfaserring eingepreßt; hierdurch verformt sich der Glasfaserring stufenförmig dergestalt, daß ein Überstandsbereich entsteht, der zum Metallring versetzt ist und an einer radialen Außenfläche des Metallrings anliegt, wodurch ein Zentrier- bzw. Flanschteil entsteht. Der gattungsbildende Stand der Technik wird dabei durch die Fig. 3 und 6 der WO-A-95/22184 bzw. die Fig. 3 und 7 der WO-A-95/22185 repräsentiert. Von Bedeutung ist dabei, daß der Zwischenraum zwischen dem Metallring und dem Halteanker der Kupfersegmente mit Preßstoff gefüllt ist. Anders als dies für den Stand der Technik nach der DE-A-43027159 zutrifft, drückt somit ein erster Teil der radialen Außenoberfläche der Halteanker über eine bei hohen Temperaturen druckfeste Zwischenschicht des Preßstoffes auf den Metallring des Armierungsringes.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kommutator der eingangs genannten Art anzugeben, der mit technisch einfachen Mitteln sowohl bei hohen Arbeitstemperaturen als auch bei hohen Drehzahlen eine weiter verbesserte Drehfestigkeit aufweist, gleichzeitig einfach herstellbar ist und auch noch die Vorteile des Dehnungsverhaltens des Isolationsringes ausnutzen kann. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das die Herstellung eines sowohl unter hohen Temperaturen als auch unter hohen Drehzahlen hinsichtlich seiner Drehfestigkeit weiter verbesserten Kommutators ermöglicht und gleichzeitig dessen Herstellungsprozeß extrem vereinfacht.
Diese Aufgabe wird bei einem Kommutator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einem Herstellverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 dadurch gelöst, daß der Tragteil des Isolierringes einen geringeren Innendurchmesser aufweist als der Metallring und daß ein in axialer Richtung sich an den ersten Teil der radialen Außenoberfläche der Halteanker anschließender zweiter Teil den Tragteil des Isolierrings selbständig trägt.
Wesentlich für den erfindungsgemäßen Kommutator ist somit, daß der Tragteil des Isolierringes infolge seines gegenüber dem Metallring geringeren Innendurchmessers auf seinen gesamten axialen Erstreckung unmittelbar auf der radialen Außenoberfläche der Halteanker aufliegt. Auf diese Weise ergibt sich ein optimiertes mehrfaches Armierungssystem dergestalt, daß der Metallring und der Tragteil des Isolierringes positionsmäßig ideal getrennt sind; jeder Teil der radialen Außenoberfläche der Halteanker trägt von dem anderen Teil gänzlich unabhängig, jeder auf seiner axialen Höhe der Halteanker funktionsmäßig die Kraft, die aus der Wirkung der Zentrifugalkraft der Kupfersegmente hervorgeht. Hierdurch ergibt sich eine auch bei hohen Temperaturen und unter hohen Drehzahlen weiter verbesserte Drehfestigkeit des Kommutators; insbesondere ist die Gefahr, daß der Glasfaserring bei der Montage des Kommutators und/oder bei dessen Betrieb bricht, praktisch eliminiert.
Das Herstellverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung nutzt die besonderes vorteilhafte Herstellweise des Armierungsrings durch stirnseitiges Zusammendrücken mindestens eines im Querschnitt im wesentlichen rechteckförmigen Metallringes mit einem zunächst im Querschnitt im wesentlichen rechteckförmigen Isolierring derart, daß der Isolierring in axialer Richtung von innen nach außen gesehen aus einem Tragteil sowie einem sich radial außen daran anschließenden und axial versetzten Zentrier- bzw. Flanschteil besteht, die beide einstückig miteinander ausgebildet sind und eine Stufenform dabei aufweisen, daß der Metallring derart in die Stufenform des Isolierrings eingepaßt ist, daß zumindest ein Teil der radialen Außenfläche des Metallringes an der radialen Innenfläche des Flanschteiles und eine Stirnfläche des Metallringes vollständig an einer Stirnfläche des Tragteiles anliegt.
Die erfindungsgemäßen Lösungen haben des weiteren den Vorteil, daß für den zusammengesetzten Ring nur ca. jeweils die Hälfte der sonst üblichen axialen Höhen des Isolierrings und des Stahl- bzw. Metallrings verwendet wird, was zu einer nicht unbeträchtlichen Materialeinsparung führt. Da sowohl der Metallring als auch der Isolierring doch mit relativ großen Abmessungstoleranzen gefertigt werden können, sind auch die Herstellungskosten für den Armierungsring drastisch gesenkt.
Eine besonders bevorzugte und kostengünstige Variante ist dadurch gegeben, daß der Isolierring ein Glasfaserring ist und trotzdem kostengünstige und somit nicht höchstwärmebzw. hitzebeständige Harze verwendet werden können.
Außer bei Plankommutatoren ist es notwendig, an beiden Stirnseiten des Kommutators eine derartige Armierung vorzusehen.
Ferner ist es von Vorteil, wenn nur der Tragteil des Isolierringes auf dem radial nach außen weisenden Teil der Halteanker unabhängig von dem Metallring vorgespannt ist. Dies kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, daß dieser nach außen weisende Bereich der radialen Außenoberfläche der Halteanker zur Rotationsachse geneigt ausgebildet ist.
Obwohl die vorangegangene Beschreibung im wesentlichen einen normalen Lamellenkommutator (Trommel- bzw. Walzenkommutator) betrifft, ist die Erfindung nicht auf einen derartigen Kommutator begrenzt. So ist es durchaus auch möglich, die erfindungsgemäße Lösung an einem Plankommutator anzuwenden, d.h. es kann der gleiche Armierungsring verwendet und in übereinstimmender Weise in die Aufnahme eingebettet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, daß der Metallring ringscheibenförmig ausgebildet ist und eine sich koaxial erstreckende Nut aufweist, in welche der an dem Metallring anliegende Teil eingreift. Diese Weiterbildung ist besonders günstig bei Plankommutatoren. Denn durch diese Form des Metallringes ist ein Kippen des Plankommutators wirksam verhindert.
Auch hier ist es von Vorteil, wenn der Isolierring stufenförmig mit einem Tragteil und einem Flanschteil ausgebildet ist, wobei der Flanschteil axial versetzt in die Nut des Metallringes eingreift, der Raum zwischen der Innenumfangsfläche des Metallringes und den der Rotationsachse angrenzend angeordneten von Kupfersegementen mit Preßstoff gefüllt ist, die ein Teil des Isolierkörpers des Plankommutators ist.
Der Metallring ist sehr einfach herstellbar, indem er beispielsweise aus einem Blech ausgestanzt wird. Dies ist aufgrund der geringen axialen Höhe des Metallringes möglich. Der Metallring kann aber auch von einem Metallrohr abgelängt werden. Auch hier ist die vergleichsweise geringe axiale Höhe von Vorteil, da dadurch von einem Metallrohr mit gegebener Länge mehr Metallringe abgetrennt werden können.
Damit dieser Vorteil nicht verlorengeht, sondern sich noch weiter erhöht, wird bevorzugt der Isolierring als ein Glasfaserring hergestellt, der durch entsprechendese Wickeln von Glasfasern unter Zugabe von Kunstharz oder durch Abtrennen von einem Glasfaserrohr hergestellt wird.
Auch hier ist es möglich, ein Glasfaserrohr zu verwenden, das dann unter Ausbilden von Glasfaserringen mit geringer axialer Höhe abgelängt werden kann.
Dabei ist es aber auch möglich, daß der Metallring ringscheibenförmig ausgebildet wird und eine sich koaxial erstreckende Nut aufweist, in welche der an dem Metallring anliegende Teil beim Zusammendrücken eingreifen kann. Dabei weist der Querschnitt dieses Metallringes ein höheres Widerstandsmoment auf.
Obwohl eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Herstellung dieser Nut vorhanden sind, ist es aus Kostengründen bevorzugt, die Nut in den Metallring einzustanzen derart, daß auf der entgegengesetzten Seite des Metallringes ein ringförmiger Fortsatz entsteht.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kommutators liegt darin, daß der Armierungsring auf beiden Ringseiten direkt an die Kupfersegmente angelehnt werden kann. Das ermöglicht es, den Armierungsring in die Nuten der Kupfersegmente direkt einzuschlagen bzw. im Falle eines Plankommutators auf den Sitz zu schieben, wobei der Armierungsring sich an die Kupfersegmente anlegt und die Kupfersegmente dadurch in genaue radiale Stellungen ausgerichtet werden können.
Ein zusätzlicher Vorteil dieses erfindungsgemäßen Kommutators besteht darin, daß nur der Tragteil des Isolierringes unabhängig vom Metallring vorgespannt ist.
Andere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.
Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführugnsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig.1
einen Teilquerschnitt durch einen Kommutator mit einem Armierungsring gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig.2
einen Teilquerschnitt durch einen Plankommutator mit dem gleichen in Fig.1 gezeigten Armierungsring; und
Fig. 3
einen Teilquerschnitt eines Armierungsringes gem. einer zweiten Ausführungsform.
Die Fig.1 zeigt einen Teilquerschnitt durch einen Kommutator 10, dessen Kupfersegmente 26 in einem Preßstoff 12 eingegossen bzw. eingebettet sind und um eine Rotationsachse 14 im Betrieb des Kommutators 10 rotieren können.
Zur Erhöhung der Drehfestigkeit ist der Kommutator 10 mindestens an einer, bevorzugt an beiden Stirnseiten jeweils mit einem Armierungsring 16 versehen, der aus einem Metallring 18 und einem Isolierring 20 besteht. Dabei wird der Armierungsring 16 von einer in den Kupfersegmenten 26 vorhandenen Aufnahme 15 aufgenommen. Die Aufnahme 15 ist in dieser Ausführungsform nutförmig ausgebildet und wird von Hinterschneidungen in den einzelnen Kupfersegmenten 26 gebildet. Obwohl mehrere Ausführungsformen für einen derartigen Isolierring vorhanden sind, ist ein Glasfaserring 20 als Isolierring bevorzugt.
Das Kupfersegment 26 weist an seiner zur Rotationsachse 14 gerichteten Seite einen Halteanker 28 auf, der ein Teil der Aufnahme 15 für den Armierungsring 16 bildet.
Wie aus der Fig.1 erkennbar, ist der Glasfaserring 20 derart stufenförmig aufgebaut, daß er einen Tragteil 22 aufweist, der sowohl an der radialen Außenseite des Halteankers 28 anliegt, als auch an der Basis der Aufnahme 15 anliegen kann. Im gezeigten Beispiel von Fig.1 liegt der Tragteil 22 nur an der radialen Außenseite des Halteankers 28 an.
An den Tragteil 22 schließt sich ein Zentrier- bzw. Flanschteil 24 des Glasfaserrings 20 an derart, daß dieser Flanschteil 24 axial zum Tragteil 22 versetzt ist und somit eine Stufenform aufweist. Ferner liegt die radiale Außenseite des Flanschteils 24 an der radial nach innen gerichteten Oberfläche des Kupfersegmentes 26 an.
In der aus dem Tragteil 22 und dem Flanschteil 24 gebildeten Stufe ist der Metallring 18 derart aufgenommen, daß seine radiale Außenoberfläche teilweise an dem Flanschteil 24 anliegt, während seine axial nach innen gerichtete Stirnoberfläche vollständig an dem Tragteil 22 anliegt. Da zwischen der radialen Innenoberfläche des Metallringes 18 und der radialen Außenoberfläche des Halteankers 28 ein Raum gebildet ist, kann dieser mit einer Zwischenschicht 30 aus Preßstoff 12 ausgefüllt werden.
Wie in der Fig.1 gezeigt, bildet die axiale Außenoberfläche des Halteankers 28 von außen nach innen gesehen einen ersten Teil a, über den der Halteanker 28 mittels der bei hohen Temperaturen druckfesten Zwischenschicht 30 des Preßstoffes 12 auf den Metallring 18 drückt, während ein sich innen daran anschließender zweiter Teil b im wesentlichen an der radialen Innenoberfläche des Tragteils 22 anliegt.
In der Fig.2 ist ein Teilquerschnitt eines Plankommutators 110 dargestellt, der eine zweite Ausführungsform der Erfindung bildet, allerdings den in Fig.1 gezeigten Armierungsring verwendet. In der Fig.2 wurden die mit der in Fig.1 gezeigten Ausführungsform gleichen Teile mit der gleichen, allerdings um 100 erhöhten Bezugszahl bezeichnet, um das Verständnis zu erleichtern.
Der in Fig.2 gezeigte Plankommutator 110 besteht aus im Querschnitt L-förmigen Kupfersegmenten 126, wobei die Bürstenlauffläche senkrecht zu einer Rotationsachse 114 des Plankommutators 110 verläuft. Parallel zur Rotationsachse 114 verlaufen Halteanker 128 der Kupferlamellen 126, die zusammen eine Aufnahme 115 für einen Armierungsring 116 bilden.
Der Armierungsring 116 wird aus einem Isolierring 120 und einem Metallring 118 gebildet. Dabei besteht auch in diesem Beispiel der Isolierring 120 aus einem Glasfaserring.
Wiederum besteht der Glasfasserring 120 aus einem Tragteil 122, der sowohl an der nach innen gerichteten Oberfläche des Halteankers 128, als auch an der der Bürstenlauffläche abgewandten Oberfläche des Kupfersegments 126 anliegt.
Ähnlich wie bei Fig.1 ist auch bei dem Glasfaserring 120 von Fig.2 ein Zentrier- bzw. Flanschteil 124 axial derart versetzt, daß der Glasfaserring 120 eine Stufe zur Aufnahme eines Metallringes 118 bildet.
Auch hier werden wieder ein erster Teil a und auch ein zweiter Teil b, die den gleichen Bereichen von Fig.1 entsprechen, gebildet, über die die Zentrifugalkraft der Halteanker 128 auf den Metallring 118 bzw. den Glasfaserring 120 übertragen wird. Außerdem ist der Plankommutator 110 mit Preßstoff 112 vergossen bzw. verpreßt.
In der Fig.3 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kommutators, hier Plankommutators 210, dargestellt, der in einer Aufnahme 215 einen Armierungsring 216 aufweist. Ferner werden die gleichen, allerdings um 100 erhöhten Bezugszahlen von Fig.2 verwendet.
Im Unterschied zu den Metallringen 18 und 118 der Fig.1 und 2 weist der Metallring 218 der dritten Ausführungsform eine dahin geänderte Form auf, daß er ringscheibenförmig ausgebildet ist und eine sich koaxial zur Rotationsachse 214 erstreckende und zur Bürstenlauffläche gerichtete Nut 234 aufweist, in welche ein Teil eines Zentrier- bzw. Flanschteiles 224 eines Isolierringes 220 eingreift.
Aus dieser Fig.3 ist erkennbar, daß der Metallring 218 einen der Nut 234 entgegengesetzten Fortsatz 236 aufweist, der ein Kippen des Plankommutators 210 verhindert.
Ähnlich wie bei der Fig.1 ist auch bei den Ausführungsformen der Fig.2 und 3 jeweils eine bei hohen Temperaturen druckfeste Zwischenschicht 130 und 230 gebildet, die aus dem Preßstoff 112 bzw. 212 besteht.
Aus der Fig.3 ist gut erkennbar, daß sich an dem Tragteil 222 stufenförmig axial versetzt der Flanschteil 224 anschließt, dessen überkragender Bereich in die Nut 234 eingreift. Der sich radial außen an den Flanschteil 224 anschließende Abschnitt des Metallringes 218 dient zur zusätzlichen Abstützung der die Bürstenlauffläche bildenden Abschnitte der Kupfersegmente 226. Zudem erhöht sich dadurch die Oberfläche, an die die Preßstoff212 anhaften kann.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung dieser Kommutatoren 10, 110 und 210 beschrieben. Bei dieser Herstellung wird ein aus Kupfersegmenten 26,126 und 226 bestehender Körper mit mindestens einem Sitz für einen aus einem Metallring 18,118 und 218 und einem Isolierring 20,120 und 220 bestehenden Armierungsring 16,116 und 216 hergestellt. Anschließend wird der Armierungsring 16,116 und 216 auf diesen Sitz aufgebracht und der Kommutator 10,110 und 210 daraufhin mit Preßstoff 12,112 und 212 vergossen bzw. verpreßt.
Dabei wird der Armierungsring 16,116 und 216 hergestellt durch stirnseitiges Zusammendrücken mindestens eines im Querschnitt im wesentlichen rechteckförmigen Metallringes 18,118 und 218 mit dem im Querschnitt im wesentlichen rechteckförmigen Isolierring 20,120 und 220. Dies geschieht dabei so, daß mindestens ein Flanschteil 24,124 und 224 des Isolierringes 20,120 und 220 in axialer Richtung des Kommutators 10,110 und 210 von innen nach außen verschoben wird und den Metallring 18,118 bzw. 218 an seiner radialen Außenoberfläche umfaßt bzw. in die Nut 234 eingreift.
Die Herstellung des Metallringes wird dabei bevorzugt so durchgeführt, daß aus einem Blech ein entsprechender Metallring 18,118 ausgestanzt wird. Dies ist dadurch möglich, da die axiale Höhe der Metallringe 18,118 und 218 vergleichsweise gering ist. Ferner kann der Metallring 18,118 und 218 auch von einem Metallrohr abgelängt werden, wobei aufgrund der geringen axialen Höhe vergleichweise mehr Metallringe 18,118 und 218 von einem Rohr gegebener Länge abgetrennt werden können.
Auch die Herstellung des Isolierringes ist sehr einfach, insbesondere wenn als Isolierring ein Glasfaserring 20,120 und 220 verwandt wird. Dieser Glasfaserring 20,120 und 220 kann entweder durch entsprechendes Wickeln von Glasfasern unter Zuführung von Kunstharz oder aber durch Abtrennen eines entsprechenden Stückes von einem Glasfaserrohr hergestellt werden, wobei auch hier aufgrund der geringen axialen Höhe mehr Glasfaserringe von dem Glasfaserrohr mit gegebener Länge abgetrennt werden können.
Die Herstellung des Armierungsringes 16,116 und 216 geschieht durch einfaches Zusammenpressen der vorher mit den entsprechendne Stirnseiten zusammengelegten Ringe, ohne jegliche axiale Spannung dabei auszuüben. Die beiden Ringe werden lediglich axial relativ zueinander bewegt, wobei der entsprechende Flanschteil 24,124 bzw. 224 von dem ehemals rechteckförmigen Querschnitt des Glasfaserrings 20,120 bzw. 220 scherweise relativ zu dem Metallring 18,118 bzw. 218 verschoben wird.

Claims (14)

  1. Kommutator (10; 110; 210) mit in Preßstoff (12; 112; 212) eingebettenen Kupfersegmenten (26; 126; 226), die in mindestens einer Aufnahme (15; 115; 215) einen koaxial zur Kommutatorrotationsachse (14; 114; 214) angeordneten Armierungsring (16; 116; 216) aufnehmen, der aus einem Metallring (18; 118; 218) sowie aus einem mit dem Metallring (18; 118; 218) zusammengefügten Isolierring (20; 120; 220) besteht, wobei der stufenförmig ausgebildete Isolierring (20; 120; 220) aus einem Tragteil(22; 122; 222) sowie einem sich radial außen daran anschließenden und axial versetzten Zentrier- bzw. Flanschteil (24; 124; 224) besteht, die beide einstückig miteinander ausgebildet sind, und wobei ferner der Metallring (18; 118; 218) derart in die Stufenform des Isolierrings (20; 120; 220) eingepaßt ist, daß ein Teil einer radialen Außenfläche des Metallrings (18; 118; 218) an der radialen Innenfläche des Flanschteiles (24; 124; 224) und eine Stirnfläche des Metallringes(18; 118; 218) an einer Stirnfläche des Tragteiles (22; 112; 222) anliegt, wodurch der Armierungsring (16; 116; 216) ein mehrfaches Armierungssystem bildet derart, daß der Metallring (18; 118; 218) und der Tragteil (22; 122; 222) des Isolierrings (20; 120; 220) positionsmäßig getrennt sind und voneinander unabhängig, jeder auf seiner axialen Höhe von Halteankern (28; 128; 228) funktionsmäßig die Kraft trägt, die aus der Wirkung der Zentrifugalkraft der Kupfersegmente (26; 126; 226) hervorgeht, wobei in axialer Richtung ein erster Teil (a) der radialen Außenoberfläche der Halteanker (28; 128; 228) über eine bei hohen Temperaturen druckfeste Zwischenschicht (30; 130; 230) des Preßstoffes (12; 112; 212) auf den Metallring (18; 118; 218) drückt,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Tragteil (22; 12; 222) des Isolierringes (20; 120; 220) einen geringeren Innendurchmesser aufweist als der Metallring (18; 118; 218) und daß ein in axialer Richtung sich an den ersten Teil (a) der radialen Außenoberfläche der Halteanker (28; 128; 228) anschließender zweiter Teil (b) den Tragteil (22; 122; 222) des Isolierrings (20; 120; 220) selbständig trägt.
  2. Kommutator (10; 110; 210) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutator ein Plankommutator (110; 210) ist.
  3. Kommutator (210) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (218) ringscheibenförmig ausgebildet ist und eine sich koaxial erstreckende Nut (234) aufweist, in welche der an dem Metallring (218) anliegende Flanschteil (224) eingreift, und daß auf der der Nut (234) entgegengesetzten Seite des Metallringes (218) ein ringförmiger Fortsatz (236) ausgebildet ist.
  4. Kommutator (10) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß er als Walzenkommutator ausgebildet ist, wobei zwei Armierungsringe (16) vorgesehen sind, von denen jeder in einer stirnseitigen Aufnahme (15) angeordnet ist.
  5. Kommutator nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß in axialer Richtung gestehen die Tragteile (22) der Isolierringe (20) innen und die Zentrier- bzw. Flanschteile (24) außen angeordnet sind.
  6. Kommutator (10; 110; 210) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Armierungsringes (16; 116; 216) der Metallring (18; 118; 218) und der Isolierring (20; 120; 220) durch axiales Verschieben des Metallringes in den ursprünglich einen rechteckigen Querschnitt aufweisenden Isolierring hinein unter Bildung des Zentrier- bzw. Flanschteiles (24; 124; 224) zusammengefügt sind.
  7. Kommutator (10; 110; 220) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß nur der Tragteil (22; 122; 222) des Isolierringes (20; 120; 220) auf dem radial nach außen weisenden Teil der Halteanker (28; 128; 228) unabhängig von dem Metallring (18; 118; 218) vorgespannt ist.
  8. Kommutator (10; 110; 210) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierring ein Glasfaserring (20; 120; 220) ist.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Kommutators (10; 110; 210) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem ein aus Kupfersegmenten (26; 126; 226) bestehender Körper mit mindestens einer Aufnahme (15; 116; 215) für einen aus einem Metallring (18; 118; 218) und einem Isolierring (20; 120; 220) bestehenden Armierungsring (16; 116; 216) hergestellt, der Armierungsring (16; 116; 216) auf diese Aufnahme (15; 115; 215) aufgebracht und der Kommutator (10; 110; 210) anschließend mit Preßstoff (12; 112; 212) vergossen wird, wobei der Armierungsring (16; 116; 216) hergestellt wird durch stirnseitiges Zusammendrücken mindestens eines Metallringes (18; 118; 218) mit einem im Qurschnitt im wesentlichen rechteckförmigen Isolierring (20; 120; 220) derart, daß der stufenförmig ausgebildete Isolierring (20; 120; 220) aus einem Tragteil (22; 122; 222) sowie einem sich radial außen daran anschließenden und axial versetzten Zentrier- bzw. Flanschteil (24; 124; 224) besteht, die beide einstückig miteinander ausgebildet sind, und wobei ferner der Metallring (18; 118; 218) derart in die Stufenform des Isolierrings (20; 120; 220) eingepaßt ist, daß ein Teil einer radialen Außenfläche des Metallringes (18; 118; 218) an der radialen Innenfläche des Flanschteiles (24; 124; 224) und eine Stirnfläche des Metallringes (18; 118; 218) an einer Stirnfläche des Tragteiles (22; 122; 224) anliegt, wodurch der Armierungsring (16; 116; 216) ein mehrfaches Armierungssystem bildet derart, daß der Metallring (18; 118; 218) und der Tragteil (22; 122; 222) des Isolierrings (20; 120; 220) positionsmäßig getrennt sind und voneinander unabhängig, jeder auf seiner axialen Höhe von Halteankern (28; 128; 228) funktionsmäßig die Kraft tragen, die aus der Wirkung der Zentrifugalkraft der Kupfersegmente (26; 126; 226) hervorgeht, wobei in axialer Richtung ein erster Teil (1) der radialen Außenoberfläche der Halteanker (28; 128; 228) über eine bei hohen Temperaturen druckfeste Zwischenschicht (30; 130; 230) des Preßstoffes (12; 112; 212) auf den Metallring (18; 118; 218) drückt,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Tragteil (22; 12; 222) des Isolierringes (20; 120; 220) einen geringeren Innendurchmesser aufweist als der Metallring (18; 118; 218) und daß ein in axialer Richtung sich an den ersten Teil (a) der radialen Außenoberfläche der Halteanker (28; 128; 228) schließender zweiter Teil (b) den Tragteil (22; 122; 222) des Isolierrings (20; 120; 220) selbständig trägt.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Kommutators (10; 110; 210) nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (18; 118; 218) aus Blech ausgestanzt oder von einem Metallrohr abgetrennt wird.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Kommutators (10; 110) nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierring ein Glasfaserring (20; 120; 220) ist, der durch entsprechendes Wickeln von Glasfasern unter Zuführung von Kunstharz oder durch Abtrennen von einem Glasfaserrohr hergestellt wird.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Kommutators (210) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Kommutator ein Plankommutator (210) ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (218) ringscheibenförmig ausgebildet wird und eine sich koaxial erstreckende Nut (234) aufweist, in welche der an dem Metallring (218) anliegende Teil (224) beim Zusammendrücken eingreifen kann, wobei die Nut (234) in den Metallring (218) eingestanzt wird derart, daß dabei auf der entgegengesetzten Seite des Metallringes (218) ein ringförmiger Fortsatz (236) entsteht.
  13. Verfahren zur Herstellung eines Kommutators (212) nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierring (220) beim Zusammendrücken stufenförmig mit einem Tragteil (222) und bei einem Flanschteil (224) ausgebildet wird, wobei der Flanschteil (224) axial versetzt in die Nut (234) des Metallringes (218) eingreift, und daß der Raum zwischen der Innenumfangsfläche des Metallringes (218) und den der Rotationsachse (214) angrenzend angeordneten Schenkeln (128; 228) von Kupfersegmenten (226) anschließend mit Preßstoff (212) gefüllt wird, die ein Teil des Isolierkörpers des Plankommutators (210) ist.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Kommutators (10; 110; 210) nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einsetzen des Armierungsringes (16, 116; 216) nur der Tragteil (22; 122; 222) des Isolierringes (20; 120; 220) auf dem radial nach außen weisenden Teil der Halteanker (28; 128; 228) unabhängig von dem Metallring (18; 118; 218) vorgespannt ist.
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