EP1181748A1 - Verfahren zur herstellung eines plankommutators sowie ein nach diesem verfahren hergestellter plankommutator - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines plankommutators sowie ein nach diesem verfahren hergestellter plankommutator

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EP1181748A1
EP1181748A1 EP00945694A EP00945694A EP1181748A1 EP 1181748 A1 EP1181748 A1 EP 1181748A1 EP 00945694 A EP00945694 A EP 00945694A EP 00945694 A EP00945694 A EP 00945694A EP 1181748 A1 EP1181748 A1 EP 1181748A1
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EP
European Patent Office
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conductor
segments
carbon
blank
composite part
Prior art date
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EP00945694A
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French (fr)
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EP1181748B1 (de
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Jose Potocnik
Marjan Drmota
Ludvik Kumar
Gerhard Bachauer
Herbert Scheutz
Johann Höll
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.)
Bachauer Gerhard
HOELL, JOHANN
SCHEUTZ, HERBERT
Kolektor doo
Original Assignee
Bachauer Gerhard
Scheutz Herbert
Hoffmann and Co Elektrokohle AG
Kolektor doo
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Filing date
Publication date
Application filed by Bachauer Gerhard, Scheutz Herbert, Hoffmann and Co Elektrokohle AG, Kolektor doo filed Critical Bachauer Gerhard
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    • 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
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    • Y10T29/49009—Dynamoelectric machine
    • Y10T29/49012—Rotor

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a flat commutator with a hub body formed from insulating molding compound, a plurality of conductor segments and an equally large number of carbon segments which form the tread, comprising the following steps:
  • the hub body is formed on a radial groove having a conductor blank, the grooves being filled with molding compound; the composite part of the conductor blank and the hub body is then machined on the end face of the conductor blank facing away from the hub body; A carbon ring disk is applied to the machined end face of the composite part to form a commutator blank, producing electrically conductive connections to the conductor blank or the conductor segments resulting therefrom; and the carbon ring disk is divided into carbon segments by cuts which extend into the molding compound filling the grooves, the blank of the conductor being subdivided into the conductor segments either when it is machined on the end face by opening the grooves filled with molding compound or by cutting cuts introduced later.
  • the present invention further relates to a face commutator produced by this method.
  • Flat commutators are known in various designs and are used.
  • a typical flat commutator is shown, for example, in DE-OS 4140475.
  • a typical area of application for flat commutators is electric motors of fuel pumps (cf. e.g. DE-OS 19652840 and DE-OS 197526326).
  • flat commutators with a carbon running surface are widely used here.
  • the carbon segments are carried by copper conductor segments in order to be able to contact the winding ends of the rotor winding with the carbon segments without difficulty.
  • a carbon ring which is later divided into carbon segments by separating cuts, can be formed on the latter directly by sintering powdered carbon in which the conductor blank is embedded.
  • a prefabricated carbon ring washer is placed on an end face of the conductor blank or the conductor segments, there electrically soldered and mechanically firmly connected and later divided into the carbon segments by separating cuts, which may also divide the conductor blank into the conductor segments. Both procedures are set out, for example, in DE-OS 19652840.
  • the hub body can be molded onto the conductor blank before (see WO97 / 03486) or after (see DE-OS 4028420) the carbon ring disk is soldered onto the conductor blank.
  • a method of the type mentioned at the beginning can be found in the aforementioned WO97 / 03486.
  • the method known from this document for producing a flat commutator is characterized in that those separating cuts with which the carbon ring disk is divided into carbon segments are cut into the molding compound of the hub body extend into it without cutting the blank. This is achieved by opening the radial grooves on the back of the conductor blank, which are wider than the separating cuts and filled with molding compound, before the carbon ring disk is applied to the composite part comprising the conductor blank and the hub body. As a result, in the area of the opened radial grooves, the carbon ring disk lies directly against the molding compound of the hub body.
  • the task on which the present invention is based is derived from creating a method of the generic type which is suitable for producing flat commutators with the longest service life.
  • this object is achieved in that the carbon ring disk is glued to the machined end face of the composite part consisting of the conductor blank and the hub body.
  • the adhesive connection of the carbon ring disk and the composite part consisting of the conductor blank and the hub body which is characteristic of the present invention, manifests itself in various ways in an increased service life of the flat commutator according to the invention, compared with those according to the prior art.
  • the adhesive connection provided according to the invention is not only between, as is known from the soldered connection used in the prior art acts on the conductor blank, in particular its end face, and the corresponding areas of the carbon ring disk; rather, the adhesive connection also extends to those areas in which the carbon ring disc lies against the molding compound of the hub body. This applies in particular to the contact surface between the carbon ring disk and a central fixing web made of molding compound.
  • an advantageous side effect of using the present invention is that the effort associated with the production of the flat commutator is less than when using known methods.
  • the decisive factor here is that the complex pretreatment of the carbon ring disk required in the prior art in order to make it solderable at all is eliminated.
  • the carbon ring disk does not need to be metallized, for example by vapor deposition of a thin copper layer.
  • the present invention also proves to be advantageous insofar as, with a suitable choice of the adhesive, the risk existing in the prior art that when the winding wires are welded to the conductor segments, their temperature may exceed the softening point of the solder and the carbon segments may slip as a result .
  • the adhesive connection provided according to the invention and which extends over the entire machined end face of the composite part consisting of the conductor blank and the pressing body also acts between Carbon ring disc and the press material filling the opened radial grooves.
  • the adhesive connections (also) between the carbon segments and the molding compound filling the radial grooves prevent aggressive media such as fuel containing methanol or ethanol from penetrating into the area of the contact surfaces between the conductor segments and the carbon segments from the separating cuts.
  • this development of the present invention solves a problem with simple means which, in the prior art, could only be solved by using complex pretreatment and soldering methods, in particular using silver.
  • thermoplastic powder with a melting point above 290 ° C. is particularly preferably used as the adhesive (see below), a wide variety of substances can be used as an adhesive in the context of the present invention.
  • a thermoplastic plastic in particular hard coal and petroleum tars and peche, natural resins, synthetic resins and thermosetting plastics, which are produced by polymerisation, polyaddition or polycondensation and, if appropriate, by natural substances, e.g. B. vegetable or animal oils or natural resins have been modified, as well as all artificial resins by Modification (e.g. esterification, saponification) of natural resins were produced.
  • Blends of the above substances are also suitable.
  • the adhesive based on a mixture of powder of at least one thermoplastic and at least one thermosetting plastic is particularly favorable. This proves to be very advantageous in the manufacture of the flat commutator, because melting of the adhesive and thus slipping of the carbon segments during welding of the connections is effectively prevented.
  • the adhesive is filled with an electrically conductive metallic or non-metallic filler in the form of powders, chips or fibers.
  • a corrosion-resistant metal powder is particularly preferably used, preferably silver or silver-coated copper powder with a grain size range of 40 to 90 ⁇ m.
  • the proportion of the filler in the filled adhesive can be between 5 and 95, preferably between 25 and 50 percent by mass.
  • a preferred further development of the method according to the invention is characterized in that, when the composite part is machined on the end face, an annular inner fixing web consisting of molding compound is left standing, the outer diameter of which decreases in the machining direction.
  • the maximum outer diameter of the fixing web is preferably larger than the inner diameter of the bore of the carbon ring disk before it is applied to the composite part, the oversize being about 0.1 mm for commutators of average size.
  • the outer end edge of the fixing web at an angle is particularly preferred chamfered between 10 ° and 45 °.
  • the fixing web specified above has an advantageous effect both in the manufacture of the flat commutator and in terms of its service life. As part of the manufacturing process, the fixing web fixes the carbon ring disc placed on the composite part due to its dimensions.
  • the adhesive introduced between the opposing end faces of the carbon ring disc on the one hand and the composite part on the other hand is held in place and prevented from escaping even when it is a dry powdery material.
  • the fixing web also takes over a centering or adjusting function for the carbon ring disk, so that the carbon ring disk can be manufactured to final dimensions before the connection with the composite part in the external dimensions.
  • the excess of the fixing web compared to the diameter of the bore in the carbon ring disc also prevents the adhesive from escaping in the region of the bore in the carbon ring disc when it is pressed onto the composite part.
  • the fixing web tapers in the axial direction, whereby an annular pocket suitable for receiving adhesive is formed.
  • the cross-sectional shape of the pocket which can in particular be wedge-shaped, also favors the adhesion of the carbon segments of the finished commutator.
  • the hardened adhesive accumulated in the adhesive pockets has a positive effect in that it prevents the entry of aggressive substances radially from the inside into the contact area formed between the carbon segments and the conductor segments.
  • the composite part comprising the conductor blank and the hub body has an outer ring jacket made of molding compound which surrounds the conductor blank and which is also used for side processing of the composite part is processed before applying the carbon ring washer.
  • an outer ring jacket made of molding compound which surrounds the conductor blank and which is also used for side processing of the composite part is processed before applying the carbon ring washer.
  • the conductor blank used in the context of the present invention particularly preferably has an inner ring web, an outer ring web and radial webs on its end face to be machined, the webs projecting from the rest of the end face, so that pocket-shaped depressions are formed between the webs.
  • the number of radial webs corresponds to the number of radial grooves arranged on the opposite side, which in turn is identical to the number of carbon segments and the conductor segments.
  • the groove bases of the radial grooves can run essentially in the same plane as the end face between the webs.
  • the conductor blank has a particularly high torsional stiffness with a comparatively low use of material, and at the same time the material removal required when the composite part is machined on the end face is comparatively low. So A conductor blank shaped in this way can be manufactured particularly cost-effectively, by molding around the molding of the hub body to form a particularly precise composite part with molding compound and to process the end part particularly economically in the context of the composite part.
  • the present invention can be used in a special way in the context of a method for the production of flat commutators, in which the composite part comprising the conductor blank and the hub body is machined on the face side until the grooves filled with molding compound open, in order to divide the conductor blank into the conductor segments, it is by no means restricted to this procedure.
  • the composite part is machined on the end face, but without the grooves filled with molding compound being opened; Rather, in this method, the conductor segments are still connected to one another even after the end face machining of the composite part, specifically via thin connecting webs in the area the reasons for use. These connecting webs are only severed after the carbon ring disk has been glued to the composite part, preferably in one step together with the subdivision of the carbon ring disk into carbon segments.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conductor blank
  • FIG. 2 shows a tangential section through the conductor blank according to FIG. 1 along the line II-II,
  • FIG 3 shows the composite part formed from the conductor blank and the hub body after it has been machined on the end to divide the conductor blank into eight conductor segments
  • FIG. 5 is a perspective view of the carbon ring disc before it is glued to the composite part of FIG. 3,
  • FIG. 6 is a perspective view of a cut commutator blank produced by gluing the carbon ring disk according to FIG. 5 onto the composite part according to FIG. 3,
  • FIG. 7 shows an axial section through the commutator blank according to FIG. 6 after a circumferential groove has been screwed in on the outer circumference in the region of the adhesive layer
  • FIG. 8 shows a tangential section through a flat commutator, which has arisen from the commutator blank according to FIG. 7 by introducing separating cuts dividing the carbon ring disk into carbon segments;
  • FIG. 9 to 13 explain a variant of the manufacturing method illustrated in FIGS. 1 to 8 and explained below with reference to this.
  • the conductor blank 1 illustrated in FIGS. 1 and 2 has an essentially cup-shaped shape. In terms of its basic structure, it thus corresponds to the state of the art, as can be gathered, for example, from WO97 / 03486.
  • the conductor blank according to FIGS. 1 and 2 is characterized by an inner ring web 2, an outer ring web 3 and eight radial webs 4 on the end face to which the carbon ring disk is later to be glued.
  • a pocket-shaped depression 5 is formed between each two adjacent radial webs 4 and the sections of the inner ring web 2 and the outer ring web 3 connecting them to one another.
  • the end face formed by the bottoms 6 of the pocket-shaped depressions 5 between the webs lies in a plane normal to the axis.
  • the radial grooves 7 formed on the opposite side of the conductor blank 1 have a trapezoidal cross section. They run parallel to the radial webs 4 and have a depth such that their groove base 8 lies essentially in the same plane as the bottoms 6 of the pocket-shaped depressions 5.
  • FIGS. 3 and 4 illustrate the composite part 10 consisting of the conductor blank according to FIGS. 1 and 2 and the molded part 10 formed thereon and forming the hub body 9 after it has been machined on the end face, namely on the end face shown in FIG. 1.
  • the previously formed molding of the hub body which is made of molding compound, corresponds to the prior art, as can be seen, for example, from WO97 / 03486, so that no explanations are required at this point.
  • the end processing of the composite part 10 includes its end turning for Removal of the inner ring web 2, the outer ring web 3 and the radial webs 4. After the webs have been removed, the conductor blank has a closed, annular, flat end face in the plane formed by the bottoms 6 of the pocket-shaped depressions 5.
  • This ring surface is turned further in the following, until the grooves 7 in the region of their groove base 8 are completely open.
  • the position of this processing plane 11 is illustrated in FIG. 2. Obviously, a minimal material removal of the closed, ring-shaped, flat end face of the conductor blank is sufficient to open the grooves 8 filled with molding material. If the grooves 7 were formed even deeper than shown in FIG. 2, it would even be possible to open the radial grooves while the inner ring web 2, the outer ring web 3 and the radial webs 4 are still being removed.
  • the conductor blank illustrated in FIGS. 1 and 2 has been divided into eight separate conductor segments 12. Between each two conductor segments 12 there is a rib 13 of the hub body 9 formed from pressed material.
  • the molded hub body 9 comprises an inner sleeve 15 which is arranged radially within the central bore 16 of the conductor blank 1.
  • the conductor blank 1 can be machined on the end face over its entire radial extent and, at the same time, the fixing web 14 can be left radially inside the central bore 16 of the conductor blank 1.
  • FIG. 3 it is further illustrated that the hook elements 18 formed on the wall sections 17 of the conductor segments 12 have been bent out of their radially protruding position shown in FIG. 1.
  • the outer circumference 20 of the carbon ring disk 19 is matched exactly to the outer circumference 21 of the composite part 10 machined on the end face in such a way that the outer diameter of the carbon ring disk 19 corresponds to the outer diameter of the composite part 10 in the region of the machining plane 11.
  • the diameter of the bore 22 of the carbon ring disk 19 is approximately 0.1 mm smaller than the outer diameter of the fixing web 14 of the composite part 10. This favors the fact that the carbon ring 14 is already securely positioned during the manufacturing process and between before the bonding with the composite part 10 is carried out the existing adhesive cannot escape from the parts to be glued together.
  • FIG. 6 shows the commutator blank 23 formed from the composite body 10 and the carbon ring disk 19 glued on.
  • the outer surface 24 of the fixing web 14 tapers from the area of the maximum diameter in the direction of the machining plane 11; in other words, the outer diameter of the fixing web 14 decreases from the area of a maximum diameter in the direction of the machining plane 11.
  • a circumferential annular groove-like depression is formed on the outer circumference of the fixing web 14, which is filled with adhesive when the carbon ring disk 19 is glued to the composite part 10.
  • the adhesive bag 25 formed in this way with an approximately wedge-shaped cross section favors the mechanically firm and tight connection of the carbon ring disk 19 and the carbon segments resulting therefrom with the composite part 10. Furthermore, the chamfer 26 of the fixing web 14 can be seen, which is important in view of the excess of the fixing web compared to the bore 22 of the carbon ring disk 19 in order to damage the Exclude carbon ring washer during assembly.
  • the carbon ring disk 19 is glued to the composite part 10, as was explained in detail above.
  • a mixture of thermoplastic plastic powder (PPS) and thermosetting plastic powder is used as the adhesive.
  • PPS is characterized by its high temperature resistance and its high resistance in fuels.
  • One of the two adhesive surfaces is dusted with the adhesive powder waste as well as with metal powder.
  • a copper powder with a grain size range of 40 to 90 ⁇ m, silver-plated for corrosion reasons, is used as the metal powder, the task of which is to ensure sufficient conductivity.
  • the proportion of metal powder in the adhesive filled with it is between 25% and 50%. Just enough plastic powder is sprinkled on the adhesive surface that the surface is evenly and densely covered. Then the composite part 10 and the carbon ring disk 19 are joined and heated to approximately 300 ° C.
  • the adhesive melts and penetrates into the pores of the carbon ring disk 19. After a short holding time of approx. 5 seconds, the mixture is cooled. The adhesive that has penetrated into the pores solidifies, thus creating a mechanical positive connection. This achieves optimal adhesion that is superior to that of soldering.
  • the metal powder forms the contact bridges between the conductor segments 12 and the carbon ring disk 19, which causes a very low contact resistance.
  • the thickness of the adhesive layer 27 is a maximum of 500 ⁇ m, whereby, as explained above, the adhesive has partially penetrated into the pores of the carbon ring disk 19 and has hardened there.
  • the particles responsible for the electrical conduction are embedded in the adhesive and are thus protected against electrical and chemical reactions with the surrounding medium. Furthermore, the contact surface area assigned to each individual conductor segment 12 is sealed radially on the inside, in the area of the fixing web 14, and in the circumferential direction in the area of the ribs 13 by gluing the carbon ring disk 19 with molding compound, against the penetration of aggressive media.
  • a circumferential groove 29 is screwed in in the region of the adhesive layer 27 after the adhesive has hardened.
  • the commutator blank 23 is thus prepared so far that only the carbon ring disk 19 is to be subdivided into carbon segments 31 by separating cuts 30.
  • the separating cut 30 extends into the molding rib 13.
  • the fixing web 14 is also divided by the separating cuts 30, so that in particular a current flow between the individual conductor segments via the adhesive filled with metal particles is excluded.
  • 8 shows in a tangential section the area between two conductor segments 12 and the carbon segments 31 assigned to them.
  • the separating cut 30, which divides the carbon ring disk into the two carbon segments 31 shown here, extends into the press rib 13 of the hub body 9 extends and thereby also cuts the adhesive layer 27. It can also be seen that the width of the separating cut 30 is less than the width of the press rib 13. In this way, immediately adjacent to the separating cut 30, each of the two carbon segments 31 is firmly bonded to the press rib 13 of the hub body 9, which causes the carbon segments to break out 31 effectively prevented at their base when introducing the separating cuts 30.
  • FIGS. 9 to 13 illustrate an alternative to the manufacturing method explained above. You correspondingly to a considerable extent Figures 2, 3, 4, 7 and 8. to the extent that they correspond to those figures, reference is made to the above explanations. The following description is therefore limited to the significant differences of the manufacturing method illustrated in FIGS. 9 to 13 compared to the manufacturing method according to FIGS. 1 to 8.
  • FIGS. 9 and 2 show that the radial grooves 7 'in the case of the variant described here have a smaller depth than the radial grooves 7 of the manufacturing method explained above. It follows from this that the grooves 7 'are not opened during the end machining of the composite part 10' consisting of the conductor blank and the hub body up to the machining plane 11. Rather, the later conductor segments of the conductor blank remain connected to one another via connecting webs 32.
  • a preferred measure for the thickness of the connecting webs 32 is approximately 0.3 mm in the case of a flat commutator of typical dimensions.
  • the carbon ring disk is thus glued to the annular surface 33 of the conductor blank 1 ′ produced by the machining on the end face.
  • the subdivision of the conductor blank l 1 into the conductor segments 12 ' takes place in one operation with the subdivision of the carbon ring disk into carbon segments 31' by separating cuts 30 ', which extend into the grooves 7' into the molding compound of the hub body.

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Description

Verfahren zur Herstellung eines Plankom utators sowie ein nach diesem Verfahren hergestellter Plankommutator
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Plankommutators mit einem aus isolierender Preßmasse geformten Nabenkörper, einer Mehrzahl von Leitersegmenten und einer ebenso großen Anzahl von Kohlenstoffsegmenten- welche die Lauffläche bilden, umfassend die folgenden Schritte:
An einen radiale Nuten aufweisenden Leiterrohling wird der Nabenkörper angeformt, wobei die Nuten mit Preßmasse gefüllt werden; das Verbundteil aus Leiterrohling und Nabenkörper wird anschließend auf der dem Nabenkörper abgewandten Stirnseite des Leiterrohlings spanabhebend bearbeitet; auf die bearbeitete Stirnfläche des Verbundteils wird zur Bildung eines Kommutatorrohlings eine Kohlenstoffringscheibe unter Herstellung elektrisch leitender Verbindungen zu dem Leiterrohling bzw. den aus diesem hervorgegangenen Leitersegmenten aufgebracht; und die Kohlenstoffringscheibe wird durch sich in die die Nuten füllende Preßmasse hinein erstreckende Schnitte in Kohlenstoffsegmente unterteilt, wobei der Leiterrohling entweder bei seiner stirnseitigen Bearbeitung durch Öffnen der mit Preßmasse gefüllten Nuten oder aber durch später eingebrachte Trennschnitte in die Leitersegmente unterteilt wird.
Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen nach diesem Verfahren hergestellten Plankommutator.
Plankommutatoren sind in verschiedensten Gestaltungen bekannt und im Einsatz. Einen typischen Plankommutator zeigt beispielsweise die DE-OS 4140475. Ein typisches Anwendungsgebiet für Plankommutatoren sind Elektromotoren von Kraftstoffpumpen (vgl. z. B. DE-OS 19652840 und DE-OS 197526326) . Um zu verhindern, daß die Lauffläche des Kommutators durch ethanol- bzw. methanol- haltigen Kraftstoff angegriffen wird, werden hier verbreitet Plankommutatoren mit einer Kohlenstofflauffläche eingesetzt. Dabei werden die Kohlenstoffsegmente von Leitersegmenten aus Kupfer getragen, um die Wicklungsenden der Rotorwicklung ohne Schwierigkeiten mit den KohlenstoffSegmenten kontaktieren zu können .
Zur Herstellung von Plankommutatoren mit Kohlenstofflauffläche sind zwei grundlegend verschiedenen Verfahrensweisen bekannt. Zum einen kann ein Kohlenstoffring, der später durch Trennschnitte in Kohlenstoffsegmente unterteilt wird, direkt durch Sintern von pulverförmigem Kohlenstoff, in den der Leiterrohling eingebettet ist, an letzterem angeformt werden. Oder aber eine vorgefertigte Kohlenstoffringscheibe wird auf eine Stirnseite des Leiterrohlings bzw. der Leitersegmente aufgelegt, dort durch Lötung elektrisch leitend und mechanisch fest verbunden und später durch Trennschnitte, die ggf. auch den Leiterrohling in die Leitersegmente unterteilen können, in die Kohlenstoffsegmente unterteilt. Beide Verfahrensweisen sind beispielsweise in der DE-OS 19652840 dargelegt . Die Anformung des Nabenkörpers an den Leiterrohling kann dabei vor (vgl. WO97/03486) oder aber nach (vgl. DE-OS 4028420) dem Auflöten der Kohlenstoffringscheibe auf den Leiterrohling erfolgen.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist der vorstehend genannten WO97/03486 entnehmbar. Das aus diesem Dokument bekannte Verfahren zur Herstellung eines Plankommutators zeichnet sich dadurch aus, daß diejenigen Trennschnitte, mit welchen die Kohlenstoffringscheibe in Kohlenstoffsegmente unterteilt wird, sich in die Preßmasse des Nabenkörpers hinein erstrecken, ohne den Leiterrohling zu durchtrennen. Erreicht wird dies durch das Öffnen der rückseitig am Leiterrohling vorgesehenen, gegenüber den Trennschnitten breiteren, mit Preßmasse gefüllten Radialnuten, bevor die Kohlenstoffringscheibe auf das Verbundteil aus Leiterrohling und Nabenkörper aufgebracht wird. Im Ergebnis liegt im Bereich der geöffneten Radialnuten die Kohlenstoffringscheibe unmittelbar an Preßmasse des Nabenkörpers an.
Zwar liegt, anders als dies beispielsweise für einen gemäß der DE-OS 19652840 gefertigten Plankommutator zutrifft, bei dem aus der WO97/03486 bekannten Plankommutator im Bereich der jeweils zwei Kohlenstoffsegmente trennenden Luftspalte kein Kupfer der Leitersegmente frei. Gleichwohl ist eine Langzeitschädigung der Leitersegmente und/oder der diese mit den Kupfersegmenten verbindenden Lotschicht nicht ausgeschlossen.
Aus diesem Nachteil leitet sich die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung ab, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welches zur Herstellung von Plankommutatoren mit höchster Lebensdauer geeignet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kohlenstoffringscheibe auf die bearbeitete Stirnfläche des aus Leiterrohling und Nabenkörper bestehenden Verbundteils aufgeklebt wird. Die für die vorliegende Erfindung charakteristische Klebverbindung der Kohlenstoffringscheibe und des aus Leiterrohling und Nabenkörper bestehenden Verbundteils miteinander schlägt sich auf verschiedene Weise in einer gesteigerten Lebensdauer des erfindungsgemäßen Plankommutators, verglichen mit solchen nach dem Stand der Technik nieder. Eine der herausragenden Wirkungsweisen ist dabei, daß die erfindungsgemäß vorgesehene Klebeverbindung nicht nur, wie dies von der beim Stand der Technik eingesetzten Lötverbindung her bekannt ist, zwischen dem Leiterrohling, insbesondere dessen Stirnfläche, und den korrespondierenden Bereichen der Kohlenstoffringscheibe wirkt; vielmehr erstreckt sich die Klebeverbindung auch auf diejenigen Bereiche, in denen die Kohlenstoffringscheibe an der Preßmasse des Nabenkörpers anliegt. Dies gilt namentlich für die Kontaktfläche zwischen der Kohlenstoffringscheibe und einem zentralen, aus Preßmasse bestehenden Fixiersteg.
Neben der gesteigerten Lebensdauer ergibt sich in Anwendung der vorliegenden Erfindung als vorteilhafter Nebeneffekt, daß der mit der Herstellung des Plankommutators verbundene Aufwand geringer ist als in Anwendung bekannter Verfahren. Maßgeblich hierfür ist, daß das beim Stand der Technik erforderliche aufwendige Vorbehandeln der Kohlenstoffringscheibe, um diese überhaupt lötbar zu machen, entfällt. Insbesondere braucht die Kohlenstoffringscheibe nicht, beispielsweise durch Aufdampfen einer dünnen Kupferschicht metallisiert zu werden .
Schließlich erweist sich die vorliegende Erfindung auch insoweit als vorteilhaft, als sich bei geeigneter Wahl des Klebstoffes die beim Stand der Technik bestehende Gefahr, daß beim Schweißen der Wicklungsdrähte an die Leitersegmente deren Temperatur den Erweichungspunkt des Lotes übersteigt und dadurch die Kohlenstoffsegmente verrutschen können, reduzieren läßt .
Insbesondere dann, wenn gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Radial- nuten bereits bei der stirnseitigen Bearbeitung des Verbundteils geöffnet werden, wirkt die erfindungsgemäß vorgesehene, sich über die gesamte bearbeitete Stirnfläche des aus Leiterrohling und Preßkörper bestehenden Verbundteils erstreckende Klebeverbindung also auch zwischen der Kohlenstoffringscheibe und dem die geöffneten Radialnuten füllenden Preßstoff. Durch die bei Anwendung bisher eingesetzter Lötverfahren nicht mögliche feste mechanische Verbindung zwischen der Kohlenstoffringscheibe und dem die Nuten füllenden Preßstoff wird bei dieser Weiterbildung der Erfindung besonders wirksam jegliches Ausbrechen des Kohlenstoffs beim Ausführen der die Kohlenstoffringscheibe unterteilenden Trennschnitte im Bereich der Übergänge zur Preßmasse verhindert. Die Struktur der Kohlenstoffsegmente angrenzend an die Trennschnitte bleibt intakt. Als Resultat hiervon läßt sich bei dergestalt hergestellten Plankommutatoren, anders als dies für den Stand der Technik zutrifft, auch nach langer Laufdauer keine Erosion an den KohlenstoffSegmenten im Bereich der Trennschnitte feststellen.
Im übrigen verhindert die (auch) zwischen den Kohlenstoffsegmenten und der die Radialnuten füllenden Preßmasse bestehenden Klebeverbindungen, daß von den Trennschnitten her aggressive Medien wie methanol- bzw. ethanolhaltiger Kraftstoff in den Bereich der zwischen den Leitersegmenten und den KohlenstoffSegmenten bestehenden Kontaktflächen eindringen kann. Auch insoweit wird durch diese Weiterbildung der vorliegendenErfindung mit einfachen Mitteln ein Problem gelöst, das beim Stand der Technik nur bei Anwendung von aufwendigen Vorbehandlungs- und Lötverfahren, insbesondere unter Verwendung von Silber gelöst werden konnte.
Wenngleich als Klebstoff besonders bevorzugt ein thermoplastisches Kunststoffpulver mit Schmelzpunkt über 290°C verwendet wird (s.u.), lassen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Klebstoff die verschiedensten Substanzen verwenden. In Betracht kommen neben einem thermoplastischen Kunststoff insbesondere Steinkohlen- und Petrolteere und - peche, natürliche Harze, Kunstharze und duroplastische Kunststoffe, die durch Polimerisation, Poliaddition oder Poli- kondensation hergestellt und ggf. durch Naturstoffe, z. B. pflanzliche oder tierische Öle bzw. natürliche Harze modifiziert wurden, sowie alle künstlichen Harze, die durch Modifizierung (z. B. Veresterung, Verseifung) natürlicher Harze hergestellt wurden.
Verschnitte der vorstehend angegebenen Substanzen sind ebenfalls geeignet. Besonders günstig ist dabei der Klebstoff auf der Basis einer Mischung von Pulver mindestens eines thermoplastischen und mindestens eines duroplastischen Kunststoffs hergestellt. Dies erweist sich als sehr vorteilhaft bei der Herstellung des Plankommutators, weil ein Aufschmelzen des Klebstoffes und damit ein Verrutschen der Kohlenstoffsegmente beim Schweißen der Anschlüsse wirksam verhindert wird.
Soweit der Klebstoff, wie es für viele der in Betracht kommenden Substanzen zutrifft, selbst nicht oder nur gering elektrisch leitend ist, wird der Klebstoff mit einem elektrisch leitfähigen metallischen oder nicht metallischen Füllstoff in Form von Pulvern, Spänen oder Fasern gefüllt. Besonders bevorzugt wird ein korrosionsbeständiges Metallpulver verwendet, vorzugsweise Silber oder silberbeschichtetes Kupferpulver mit einem Körnungsbereich von 40 bis 90 μm. Je nach Anwendung kann der Anteil des Füllstoffs an dem gefüllten Klebstoff zwischen 5 und 95, bevorzugt zwischen 25 und 50 Massenprozent betragen.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß bei der stirnseitigen Bearbeitung des Verbundteils ein aus Preßmasse bestehender, ringförmiger innerer Fixiersteg stehengelassen wird, dessen Außendurchmesser in Bearbeitungsrichtung abnimmt . Der maximale Außendurchmesser des Fixierstegs ist dabei bevorzugt größer als der Innendurchmesser der Bohrung der Kohlenstoffringscheibe vor deren Aufbringen auf das Verbundteil, wobei das Übermaß bei durchschnittlich dimensionierten Kommutatoren etwa 0,1 mm beträgt. Besonders bevorzugt wird dabei die äußere Stirnkante des Fixierstegs unter einem Winkel zwischen 10° und 45° angefast . Der vorstehend spezifizierte Fixiersteg wirkt sich sowohl bei der Herstellung des Plankommutators wie auch im Hinblick auf dessen Lebensdauer vorteilhaft aus. Im Rahmen des Herstellungsverfahrens fixiert der Fixiersteg aufgrund seiner Dimensionierung die auf das Verbundteil aufgesetzte Kohlenstoffringscheibe . Der zwischen die einander gegenüberstehenden Stirnflächen der Kohlenstoffringscheibe einerseits und des Verbundteils andererseits eingebrachte Klebstoff wird selbst dann an Ort und Stelle gehalten und am Entweichen gehindert, wenn es sich um ein trockenes pulverförmiges Material handelt. Das gleiche gilt für den ggf . vorgesehenen elektrisch leitenden Füllstoff in Form von Spänen oder dgl . Der Fixiersteg übernimmt zudem für die Kohlenstoffringscheibe eine Zentrier- bzw. Justierfunktion, so daß die Kohlenstoffringscheibe bereits vor der Verbindung mit dem Verbundteil in den Außenmaßen auf Endmaß gefertigt werden kann. Das Übermaß des Fixierstegs gegenüber dem Durchmesser der Bohrung der Kohlenstoffringscheibe verhindert überdies einen Austritt des Klebstoffs im Bereich der Bohrung der Kohlenstoffringscheibe bei deren Aufpressen auf das Verbundteil. Hierzu trägt auch bei, daß sich der Fixiersteg in axialer Richtung verjüngt, wodurch eine zur Aufnahme von Klebstoff geeignete ringförmige Tasche gebildet wird. Die Querschnittsform der Tasche, die insbesondere keilförmig ausgeführt sein kann, begünstigt ferner die Haftung der Kohlenstoffsegmente des fertigen Kommutators. Schließlich wirkt sich der in den Klebstofftaschen angesammelte ausgehärtete Klebstoff dahingehend positiv aus, daß er einen Zutritt von aggressiven Stoffen in den zwischen den KohlenstoffSegmenten und den Leitersegmenten gebildeten Kontakt- bereich radial von innen her verhindert .
Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Verbundteil aus Leiterrohling und Nabenkörper einen den Leiterrohling umgebenden äußeren Ringmantel aus Preßmasse aufweist, der ebenfalls bei der stirn- seitigen Bearbeitung des Verbundteils vor dem Aufbringen der Kohlenstoffringscheibe mit bearbeitet wird. Auf diese Weise kann beim Aufkleben der Kohlenstoffringscheibe auf das Verbundteil eine feste Verbindung der Preßmasse mit der Kohlenstoffringscheibe an deren Außenumfang hergestellt werden. Dies ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die mechanische Festigkeit und somit die Lebensdauer des Kommutators. Dabei wirkt sich auch aus, daß eine derartige Verbindung der Kohlenstoffringscheibe an ihrem Außenumfang mit der Preßmasse des Nabenkörpers beim fertigen Kommutator ein Eindringen von aggressiven Substanzen in den Bereich der zwischen den KohlenstoffSegmenten und den Leitersegmenten bestehenden Kontaktflächen radial von außen her verhindert. Insbesondere in Verbindung mit der weiter oben erläuterten radial inneren Verbindung der Kohlenstoffsegmente mit einem Fixiersteg ergibt sich eine allseits geschlossene, hermetische Einkapselung der Kontaktflächen.
Der im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommende Leiterrohling weist besonders bevorzugt auf seiner zu bearbeitenden Stirnseite einen Innenringsteg, einen Außenringsteg und Radialstege auf, wobei die Stege gegenüber der übrigen Stirnfläche vorspringen, so daß zwischen den Stegen taschenförmige Vertiefungen gebildet sind. Die Anzahl der Radialstege entspricht dabei der Anzahl der auf der gegenüberliegenden Seite angeordneten Radialnuten, welche wiederum mit der Anzahl der Kohlenstoffsegmente und der Leitersegmente identisch ist. Die Nutgründe der Radialnuten können dabei im wesentlichen in derselben Ebene verlaufen wie die Stirnfläche zwischen den Stegen. Ein derart gestalteter Leiterrohling zeichnet sich durch verschiedene, in dieser Kombination bisher nicht erreichte Vorteile aus. Denn der Leiterrohling weist bei einem vergleichsweise geringen Werkstoffeinsatz eine besonders große Verwindungssteifigkeit auf, wobei zugleich der beim stirnseitigen Bearbeiten des Verbundteils erforderliche Materialabtrag vergleichsweise gering ist. So ist ein dergestalt geformter Leiterrohling besonders kostengünstig herstellbar, beim Anformen des Nabenkörpers zu einem besonders präzisen Verbundteil mit Preßmasse zu umspritzen und im Rahmen des Verbundteils besonders ökonomisch stirnseitig zu bearbeiten. So brauchen, falls die Nutgründe der Radialnuten im wesentlichen in derselben Ebene verlaufen wie die Stirnfläche zwischen den Stegen, bei der stirnseitigen Bearbeitung des Verbundteils im wesentlichen lediglich der Innenringsteg, der Außenringsteg und die Radialstege entfernt, beispielsweise abgedreht zu werden; denn die Radialnuten öffnen sich bei der angegebenen Dimensionierung mit dem vollständigen Entfernen der genannten Stege. Die vorstehend erläuterte Weiterbildung des Leiterrohlings läßt sich ersichtlich mit denselben Vorteilen auch bei solchen gattungsgemäßen Plankommutatoren anwenden, bei denen die Kohlenstoffringscheibe auf das Verbundteil nicht aufgeklebt sondern vielmehr auf sonstige Weise befestigt, beispielsweise gelötet wird. Eine Teilung der vorliegenden Patentanmeldung, um die Gestaltung des Leiterrohlings isoliert weiterzu- verfolgen, bleibt vorbehalten.
Wenngleich, so wie dies vorstehend angegeben und erläutert ist, sich die vorliegende Erfindung in besonderer Weise im Rahmen eines Verfahrens zur Herstellung von Plankommutatoren einsetzen läßt, bei dem das Verbundteil aus Leiterrohling und Nabenkörper stirnseitig bis zum Öffnen der mit Preßmasse gefüllten Nuten spanabhebend bearbeitet wird, um den Leiterrohling in die Leitersegmente zu unterteilen, ist sie keinesfalls auf diese Verfahrensführung beschränkt. In einem alternativen, ebenfalls von der vorliegenden Erfindung abgedeckten Herstellverfahren wird das Verbundteil zwar stirnseitig bearbeitet, ohne daß jedoch die mit Preßmasse gefüllten Nuten dabei geöffnet werden; vielmehr sind bei dieser Verfahrensführung die Leitersegmente auch nach der stirnseitigen Bearbeitung des Verbundteils noch miteinander verbunden, und zwar über dünne Verbindungsstege im Bereich der Nutgründe. Diese Verbindungsstege werden erst durchtrennt, nachdem die Kohlenstoffringscheibe auf das Verbundteil aufgeklebt worden ist, und zwar bevorzugt in einem Arbeitsschritt gemeinsam mit dem Unterteilen der Kohlenstoffringscheibe in Kohlenstoffsegmente .
Im Folgenden werden zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 in perspektivischer Ansicht einen Leiterrohling,
Fig. 2 einen Tangentialschnitt durch den Leiterrohling gemäß Fig. 1 entlang der Linie II-II,
Fig. 3 das aus Leiterrohling und Nabenkörper gebildete Verbundteil, nachdem dieses zur Unterteilung des Leiterrohlings in acht Leitersegmente stirnseitig bearbeitet worden ist,
Fig. 4 einen Tangentialschnitt durch das in Fig. 3 dargestellte Verbundteil entlang der Linie IV- IV,
Fig. 5 in perspektivischer Ansicht die Kohlenstoffringscheibe vor ihrem Aufkleben auf das Verbundteil gemäß Fig. 3,
Fig. 6 in perspektivischer Ansicht einen aufgeschnittenen, durch Aufkleben der Kohlenstoffringscheibe gemäß Fig. 5 auf das Verbundteil gemäß Fig. 3 hergestellten Kommutatorrohling,
Fig. 7 einen Axialschnitt durch den Kommutatorrohling gemäß Fig. 6, nachdem am Außenumfang im Bereich der Klebeschicht eine Umfangsnut eingedreht worden ist,
Fig. 8 einen Tangentialschnitt durch einen Plankommutator, der aus dem Kommutatorrohling gemäß Fig. 7 durch Einbringen von die Kohlenstoffringscheibe in Kohlenstoffsegmente unterteilenden Trennschnitten entstanden ist; Fig. 9 bis Fig. 13 erläutern eine Variante des in den Fig. 1 bis 8 veranschaulichten und unter Bezugnahme hierauf nachstehend erläuterten Herstellverfahrens .
Der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte Leiterrohling 1 ist von im wesentlichen topfförmiger Gestalt. Er entspricht damit hinsichtlich seines grundsätzlichen Aufbaus dem Stand der Technik, wie er beispielsweise der WO97/03486 entnehmbar ist. Gegenüber bekannten Leiterrohlingen, wie sie beispielsweise aus jener Veröffentlichung bekannt sind, zeichnet sich der Leiterrohling gemäß den Fig. 1 und 2 aus durch einen Innenringsteg 2, einen Außenringsteg 3 und acht Radialstege 4 auf derjenigen Stirnseite, auf die später die Kohlenstoffringscheibe aufgeklebt werden soll. Zwischen jeweils zwei benachbarten Radialstegen 4 und den diese miteinander verbindenden Abschnitten des Innenringstegs 2 und des Außenringstegs 3 ist eine taschenförmige Vertiefung 5 gebildet. Die durch die Böden 6 der taschenförmigen Vertiefungen 5 gebildete Stirnfläche zwischen den Stegen liegt in einer achsnormalen Ebene. Die auf der gegenüberliegenden Seite des Leiterrohlings 1 ausgeformten Radialnuten 7 weisen einen trapezförmigen Querschnitt auf . Sie verlaufen parallel zu den Radialstegen 4 und weisen eine Tiefe auf, daß ihr Nutgrund 8 im wesentlichen in derselben Ebene liegt wie die Böden 6 der taschenförmigen Vertiefungen 5.
Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen das aus dem Leiterrohling gemäß den Fig. 1 und 2 sowie dem an diesem angeformten, den Nabenkörper 9 bildenden Preßteil bestehende Verbundteil 10, nachdem dieses stirnseitig, nämlich auf der in Fig. 1 gezeigten Stirnseite bearbeitet worden ist. Das zuvor erfolgte Anformen des aus Preßmasse bestehenden Nabenkörpers entspricht dem Stand der Technik, wie er beispielsweise der WO97/03486 entnehmbar ist, so daß es an dieser Stelle keiner Erläuterungen bedarf. Die stirnseitige Bearbeitung des Verbundteils 10 umfaßt dessen stirnseitiges Abdrehen zum Entfernen des Innenringstegs 2, des Außenringstegs 3 und der Radialstege 4. Nach dem Entfernen der Stege hat der Leiterrohling eine geschlossene, ringförmige, ebene Stirnfläche in der durch die Böden 6 der taschenförmigen Vertiefungen 5 gebildeten Ebene. Diese Ringfläche wird im folgenden weiter abgedreht, und zwar so weit, bis die Nuten 7 im Bereich ihres Nutgrundes 8 vollständig geöffnet sind. Die Lage dieser Bearbeitungsebene 11 ist in Fig. 2 veranschaulicht. Ersichtlich genügt ein minimaler Materialabtrag der geschlossenen, ringförmigen, ebenen Stirnfläche des Leiterrohlings, um die mit Preßstoff gefüllten Nuten 8 zu öffnen. Bei noch tieferer Ausbildung der Nuten 7 als in Fig. 2 dargestellt wäre sogar möglich, die Radialnuten zu öffnen, während noch der Innenringsteg 2, der Außenringsteg 3 und die Radialstege 4 abgetragen werden.
Infolge des Öffnens der Nuten 7 durch die stirnseitige Bearbeitung des Verbundteils 10 ist der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte Leiterrohling in acht getrennte Leitersegmente 12 unterteilt worden. Zwischen jeweils zwei Leitersegmenten 12 befindet sich jeweils eine aus Preßstoff geformte Rippe 13 des Nabenkörpers 9.
Bei der stirnseitigen Bearbeitung des Verbundteils 10 wurde ein innerer ringförmiger Bereich ausgespart, so daß ein aus Preßmasse bestehender, ringförmiger innerer Fixiersteg 14 stehengeblieben ist. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, daß der aus Preßstoff geformte Nabenkörper 9 eine innere Hülse 15 umfaßt, die radial innerhalb der zentralen Bohrung 16 des Leiterrohlings 1 angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Leiterrohling 1 stirnseitig über seine gesamte radiale Erstreckung bearbeitet werden und zugleich radial innerhalb der zentralen Bohrung 16 des Leiterrohlings 1 der Fixiersteg 14 stehengelassen werden. In Fig. 3 ist des weiteren veranschaulicht, daß die an den Wandabschnitten 17 der Leitersegmente 12 angeformten Hakenelemente 18 aus ihrer in Fig. 1 dargestellten radial abstehenden Stellung heraus umgebogen worden sind.
Fig. 5 dient lediglich der Veranschaulichung dessen, daß zur Herstellung der späteren Kohlenstoffsegmente eine kostengünstig und mit geringem Aufwand herstellbare Kohlenstoffringscheibe 19 Verwendung findet. Der Außenumfang 20 der Kohlenstoffringscheibe 19 ist exakt auf den Außenumfang 21 des stirnseitig bearbeiteten Verbundteils 10 abgestimmt dergestalt, daß der Außendurchmesser der Kohlenstoffringscheibe 19 mit dem Außendurchmesser des Verbundteils 10 im Bereich der Bearbeitungsebene 11 übereinstimmt. Der Durchmesser der Bohrung 22 der Kohlenstoffringscheibe 19 ist etwa 0,1 mm geringer als der Außendurchmesser des Fixierstegs 14 des Verbundteils 10. Dies begünstigt, daß der Kohlenstoffring 14 bereits vor der Ausführung der Verklebung mit dem Verbundteil 10 während des Herstellverfahrens lagesicher positioniert ist und zwischen den miteinander zu verklebenden Teilen vorhandener Klebstoff nicht entweichen kann.
Zwei besondere Details des Fixierstegs 14 sind in Fig. 6, die den aus Verbundkörper 10 und aufgeklebter Kohlenstoffringscheibe 19 gebildeten Kommutatorrohling 23 zeigt, gut zu erkennen. Zum einen verjüngt sich die Außenfläche 24 des Fixierstegs 14 vom Bereich des maximalen Durchmessers in Richtung auf die Bearbeitungsebene 11 hin; mit anderen Worten, der Außendurchmesser des Fixierstegs 14 nimmt vom Bereich eines maximalen Durchmessers in Richtung auf die Bearbeitungsebene 11 hin ab. Auf diese Weise entsteht am Außenumfang des Fixierstegs 14 eine umlaufende ringnutartige Vertiefung, die beim Verkleben der Kohlenstoffringscheibe 19 mit dem Verbundteil 10 mit Klebstoff gefüllt wird. Die auf diese Weise gebildete Klebstofftasche 25 mit etwa keilförmigem Querschnitt begünstigt die mechanisch feste und dichte Verbindung der Kohlenstoffringscheibe 19 und der aus ihr hervorgehenden Kohlenstoffsegmente mit dem Verbundteil 10. Des weiteren ist die Anfasung 26 des Fixierstegs 14 erkennbar, die im Hinblick auf das Übermaß des Fixierstegs gegenüber der Bohrung 22 der Kohlenstoffringscheibe 19 von Bedeutung ist, um eine Beschädigung der Kohlenstoffringscheibe während der Montage auszuschließen.
Die Kohlenstoffringscheibe 19 wird, wie weiter oben umfassend ausgeführt wurde, mit dem Verbundteil 10 verklebt. Als Kleber wird eine Mischung aus thermoplastischem Kunststoffpulver (PPS) und duroplastischem Kunststoffpulver verwendet. PPS zeichnet sich durch seine hohe Temperaturbeständigkeit und seine hohe Beständigkeit in Treibstoffen aus . Eine der beiden Klebflächen wird mit dem Klebstoffpulververschnitt sowie mit Metallpulver bestäubt. Als Metallpulver, dessen Aufgabe darin besteht, eine ausreichende Leitfähigkeit zu gewährleisten, wird ein aus Korrosionsgründen versilbertes Kupferpulver mit eine Körnungsbereich von 40 bis 90 μm verwendet. Der Anteil des Metallpulvers an dem mit ihm gefüllten Klebstoff liegt zwischen 25 % und 50 %. Es wird gerade so viel Kunststoff - pulver auf die Klebfläche aufgestreut, daß die Oberfläche gleichmäßig und dicht bedeckt is . Dann werden das Verbundteil 10 und die Kohlenstoffringscheibe 19 zusammengefügt und unter einem Druck von ca. 5 N/mm2 auf ca. 300°C erwärmt. Dabei schmilzt der Kleber auf und dringt in die Poren der Kohlenstoffringscheibe 19 ein. Nach einer kurzen Haltezeit von ca. 5 Sekunden wird abgekühlt. Dabei erstarrt der in die Poren eingedrungene Kleber und bewirkt so einen mechanischen Formschluß. Dadurch wird eine optimale Haftung erzielt, die jener einer Lötung überlegen ist. Das Metallpulver bildet die Kontaktbrücken zwischen den Leitersegmenten 12 und der Kohlenstoffringscheibe 19, was einen sehr niedrigen Übergangswiderstand bewirkt . Die Stärke der Klebstoffschicht 27 beträgt im Endzustand maximal 500 μm, wobei, wie weiter oben dargelegt ist, der Klebstoff teilweise in die Poren der Kohlenstoffringscheibe 19 eingedrungen und dort ausgehärtet ist.
Durch das Einstreuen der leitenden Partikel in die Klebstoffmasse werden die für die elektrische Leitung verantwortlichen Partikel in den Klebstoff eingebettet und sind auf diese Weise gegen elektrische und chemische Reaktionen mit dem Umgebungsmedium geschützt. Des weiteren ist der jedem einzelnen Leitersegment 12 zugeordnete Kontaktflächenbereich durch Verklebung der Kohlenstoffringscheibe 19 mit Preßmasse radial innen, im Bereich des Fixierstegs 14, sowie in Umfangsrichtung im Bereich der Rippen 13 gegen Eindringen von aggressiven Medien abgedichtet. Im Falle einer Ummantelung des Außenumfangs des Verbundteils 10 im Bereich der Wandabschnitte 17 durch einen aus Preßmasse gebildeten Ringmantel wäre auch radial außen eine entsprechende Verbindung der Kohlenstoffringscheibe bzw. der späteren Kohlenstoffsegmente mit der Preßmasse im Bereich des Außenumfangs möglich, um auch in diesem Bereich ein Eindringen von aggressiven Substanzen in den Bereich der Kontaktflächen zu unterbinden.
Um am Außenumfang des Kommutatorrohlings 23 herausgequollene Klebstoffreste 28 zu entfernen, wird, wie dies in Fig. 7 veranschaulicht ist, nach Aushärten des Klebstoffs im Bereich der Klebschicht 27 eine Umfangsnut 29 eingedreht. Damit ist der Kommutatorrohling 23 soweit vorbereitet, daß lediglich noch die Kohlenstoffringscheibe 19 durch Trennschnitte 30 in Kohlenstoffsegmente 31 zu unterteilen sind. In der linken Hälfte der Fig. 7 ist dargestellt, daß sich der Trennschnitt 30 in die Preßstoffrippe 13 hinein erstreckt. Dabei wird auch der Fixiersteg 14 durch die Trennschnitte 30 unterteilt, so daß insbesondere ein Stromfluß zwischen den einzelnen Leitersegmenten über den mit Metallpartikeln gefüllten Klebstoff ausgeschlossen ist . Fig. 8 veranschaulicht in einem Tangentialschnitt den Bereich zwischen zwei Leitersegmenten 12 und den diesen zugeordneten KohlenstoffSegmenten 31. Erkennbar ist wiederum, daß der Trennschnitt 30, der die Kohlenstoffringscheibe in die beiden hier dargestellten Kohlenstoffsegmente 31 unterteilt, sich in die Preßstoffrippe 13 des Nabenkörpers 9 hinein erstreckt und dabei auch die KlebstoffSchicht 27 durchtrennt. Erkennbar ist des weiteren, daß die Breite des Trennschnitts 30 geringer ist als die Breite der Preßstoffrippe 13. Auf diese Weise wird unmittelbar angrenzend an den Trennschnitt 30 jedes der beiden Kohlenstoffsegmente 31 fest mit der Preßstoffrippe 13 des Nabenkörpers 9 verklebt, was ein Ausbrechen der Kohlenstoffsegmente 31 an ihrer Basis beim Einbringen der Trennschnitte 30 wirksam verhindert.
Die Fig. 9 bis 13 veranschaulichen eine Alternative zu dem vorstehend erläuterten Herstellverfahren. Sie entsprechend in erheblichem Umfang den Fig. 2, 3, 4, 7 und 8; im Umfang der Übereinstimmung zu jenen Figuren wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Die nachstehende Beschreibung beschränkt sich daher auf die maßgebliche Unterschiede des in den Fig. 9 bis 13 veranschaulichten Herstellverfahrens gegenüber im Herstellverfahren gemäß den Fig. 1 bis 8.
Der Vergleich der Fig. 9 und 2 zeigt, daß die Radialnutten 7' im Falle der hier beschriebenen Variante eine geringere Tiefe aufweisen als die Radialnuten 7 des weiter oben erläuterten Herstellverfahrens. Hieraus folgt, daß bei der stirnseitigen Bearbeitung des aus dem Leiterrohling und dem Nabenkörper bestehenden Verbundteils 10' bis zur Bearbeitungsebene 11 die Nuten 7' nicht geöffnet werden. Vielmehr bleiben die späteren Leitersegmente des Leiterrohlings über Verbindungsstege 32 miteinander verbunden. Ein bevorzugtes Maß für die Dicke der Verbindungsstege 32 beträgt bei einem Plankommutator typischer Dimensionierung etwa 0,3 mm. Die Kohlenstoffringscheibe wird somit auf die durch die stirnseitige Bearbeitung hergestellte ringförmige Fläche 33 des Leiterrohlings 1' aufgeklebt. Das Unterteilen des Leiterrohlings l1 in die Leitersegmente 12' erfolgt in einem Arbeitsgang mit dem Unterteilen der Kohlenstoffringscheibe in Kohlenstoffsegmente 31' durch Trennschnitte 30', welche sich bis in die Preßmasse des Nabenkörpers in den Nuten 7 ' hinein erstrecken.
Abweichend von der weiter oben beschriebenen Vorgehensweise wird im übrigen bei dem in den Fig. 9 bis 13 veranschaulichten Verfahren nicht im Bereich der Klebeschicht zwischen der Stirnfläche des Leiterrohlings und der Kohlenstoffringscheibe eine Umfangsnut eingedreht; vielmehr wird die gesamte Kohlenstoffringscheibe an ihrem radial äußeren Umfang geringfügig überdreht, so daß die Kohlenstoffringscheibe anschließend einen geringfügig geringeren Durchmesser aufweist als der Leiterrohling. Die Umfangs- bearbeitung der Kohlenstoffringscheibe des Kommutatorrohlings erstreckt sich dabei bis auf das Niveau der Verbindungsstege 32 zwischen den späteren Leitersegmenten 12 ' , so daß mögliche aus der Verbindungsebene herausgequetschte Klebstoffreste entfernt werden. In Fig. 12 ist der Bereich der Umfangs- bearbeitung des Kommutatorrohlings durch eine Stufe 34 am Außenumfang angedeutet .

Claims

Ansprüche
Verfahren zur Herstellung eines Plankommutators mit einem aus isolierender Preßmasse geformten Nabenkörper (9, 9'), einer Mehrzahl von Leitersegmenten (12, 12') und einer ebenso großen Anzahl von KohlenstoffSegmenten (31, 31'), welche die Lauffläche bilden, umfassend die folgenden Schritte : an einen radiale Nuten (7, 7') aufweisenden Leiterrohling (1, 1') wird der Nabenkörper (9, 9') angeformt, wobei die Nuten (7, 7') mit Preßmasse gefüllt werden; das Verbundteil (10, 10') aus Leiterrohling (1, 1') und Nabenkörper (9, 9') wird anschließend auf der dem Nabenkörper (9, 9') abgewandten Sirnseite des Leiterrohlings (1, 1') spanabhebend bearbeitet; auf die bearbeitete Stirnfläche des Verbundteils (10, 10') wird zur Bildung eines Kommutatorrohlings (23) eine Kohlenstoffringscheibe (19) unter Herstellung elektrisch leitender Verbindungen zu dem Leiterrohling (I1) bzw. den aus diesem hervorgegangenen Leitersegmenten (12) aufgebracht; und die Kohlenstoffringscheibe (19) wird durch sich in die die Nuten (7, 7') füllende Preßmasse hinein erstreckende Schnitte (30, 30') in Kohlenstoff- segmente (31, 31') unterteilt, wobei der Leiterrohling (1, 1') entweder bei seiner stirnseitigen Bearbeitung durch Öffnen der mit Preßmasse gefüllten Radialnuten (7) oder aber durch später eingebrachte Trennschnitte (30') in die Leitersegmente (12, 12') unterteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffringscheibe (19) auf die bearbeitete Stirnfläche des aus Leiterrohling (1, 1') und Nabenkörper (9, 9') bestehenden Verbundteils (10, 10') aufgeklebt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der stirnseitigen Bearbeitung des Verbundteils (10) ein aus Preßmasse bestehender, ringförmiger innerer Fixiersteg (14) stehengelassen wird, dessen Außendurchmesser in Bearbeitungsrichtung abnimmt .
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Außendurchmesser des Fixierstegs (14) größer ist als der Innendurchmesser der Bohrung (22) der
Kohlenstoffringscheibe (19) vor deren Aufbringen auf das
Verbundteil (10) .
Verfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß das Übermaß etwa 0,1 mm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Stirnkante des Fixierstegs (14) unter einem Winkel zwischen 10° und 45° angefast wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterrohling (1) auf seiner zu bearbeitenden Stirnseite einen Innenringsteg (2) , einen Außenringsteg (3) und Radialstege (4) aufweist, wobei die Stege (2, 3, 4) gegenüber der übrigen Stirnfläche vorspringen, so daß zwischen den Stegen taschenförmige Vertiefungen (5) gebildet sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Leiterrohling (1) die Nutgründe (8) der Radialnuten (7) im wesentlichen in derselben Ebene verlaufen wie die Stirnfläche (6) zwischen den Stegen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen der Klebverbindung zwischen der Kohlenstoffringscheibe (19) und dem Verbundteil (10) mindestens eines der beiden Teile vor dem Zusammenfügen mit thermoplastischem und/oder duroplastischem Kunst- Stoffpulver und Metallpulver bestreut wird und daß beide Teile nach dem Zusammenfügen zeitgleich zusammengepreßt und erwärmt werden .
9. Verfahren nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus thermoplastischem und duroplastischem Kunststoffpulver verwendet wird, wobei die Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs mindestens 290°C beträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen der Klebverbindung zwischen der Kohlenstoffringscheibe (19) und dem Verbundteil (10, 10 ' auf mindestens eines der beiden Teile vor dem Zusammenfügen ein Klebstoff aufgebracht wird, der mit einem elektrisch leitfähigen metallischen oder nichtmetallischen Füllstoff in Form von Pulvern, Spänen oder Fasern gefüllt ist .
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Füllstoff zwischen 5% und 95%, bevorzugt 25% bis 50% bezogen auf die Masse des gefüllten Klebstoffes beträgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff Metallpulver mit einer Korngröße zwischen 40 und 90 μm verwendet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Klebevorgang in den Kommutatorrohling (23) im Bereich der Fügeebene von Verbundteil (10) und Kohlenstoffringscheibe (19) eine Umfangsnut (29) eingebracht wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Klebevorgang die Kohlenstoffringscheibe (19) und ein angrenzender Teil des Leiterrohlings (l1) am Außenumfang abgedreht werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterrohling (1, 1') eine grundsätzlich topf- förmige Gestalt aufweist, wobei die späteren Leitersegmente (12, 12') über ihre gesamte radiale Erstreckung miteinander verbunden sind.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterrohling (1, 1') an seinem inneren Umfangs- rand verteilt angeordnete, axial vorspringende Halte- klauen aufweist .
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterrohling (1, 1') an seinem äußeren Umfangs- rand verteilt angeordnete, axial vorspringende Wandabschnitte (17, 17') mit jeweils einer Kontaktfahne (18, 18 ' ) aufweist .
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterrohling (l1) nicht bereits beim stirnseitigen Bearbeiten des Verbundteils (10') vor dem Aufkleben der Kohlenstoffringscheibe (19) auf dieses in die Leitersegmente (12') unterteilt wird, sondern vielmehr durch Trennschnitte (30') erst nach dem Aufkleben der Kohlenstoffringscheibe (19) , insbesondere in dem die Kohlenstoffringscheibe in Kohlenstoffsegmente (31') unterteilenden Arbeitsschritt.
19. Plankommutator mit einem aus isolierender Preßmasse geformten Nabenkörper (9, 9'), einer Mehrzahl von Leitersegmenten (12, 12') und einer ebenso großen Anzahl von KohlenstoffSegmenten (31, 31'), welche die Lauffläche bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffsegmente (31, 31') mit den Leitersegmenten (12, 12') verklebt sind.
20. Plankommutator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffsegmente (12) im Bereich ihrer Ränder, die durch jeweils zwei Kohlenstoffsegmente trennende radiale Luftspalte definiert werden, mit Preßstoffrippen (13) des Nabenkörpers (9) verklebt sind.
EP00945694A 1999-06-02 2000-05-31 Verfahren zur herstellung eines plankommutators sowie ein nach diesem verfahren hergestellter plankommutator Expired - Lifetime EP1181748B1 (de)

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