EP1232543B1

EP1232543B1 - Plankommutator, verfahren zu seiner herstellung sowie leiterrohling zur verwendung bei seiner herstellung

Info

Publication number: EP1232543B1
Application number: EP00977819A
Authority: EP
Inventors: Joze Potocnik; Marjan Drmota
Original assignee: Kolektor doo
Current assignee: Kolektor doo
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 2000-11-23
Publication date: 2004-03-03
Anticipated expiration: 2020-11-23
Also published as: US6617743B1; BRPI0015910B1; JP2004502398A; KR20020070288A; JP3699398B2; DE50005549D1; ATE261199T1; AU1545001A; CN1399808A; BR0015910A; DE19956844A1; EP1232543A1; CN1220310C; ES2215758T3; WO2001039336A1; DK1232543T3; SI1232543T1; KR100477163B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plankommutator für eine elektrische Maschine, umfassend einen aus isolierendem Preßstoff gefertigten Trägerkörper, eine Mehrzahl von Leitersegmenten und eine ebenso große Anzahl von Kohlenstoffsegmenten, welche stirnseitig angeordnet und mit den Leitersegmenten elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Leitersegmente jeweils einen am Umfang des Trägerkörpers angeordneten, dickwandigen Anschlußbereich, einen zwischen dem Trägerkörper und dem zugeordneten Kohlenstoffsegment angeordneten, ebenfalls dickwandigen Kontaktbereich und einen zwischen dem Anschlußbereich und dem Kontaktbereich angeordneten dünnwandigen Übergangsbereich aufweisen. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Plankommutators sowie einen Leiterrohling zur Verwendung bei der Herstellung eines derartigen Plankommutators.

Plankommutatoren mit einem aus isolierendem Preßstoff gefertigten Trägerkörper, einer Mehrzahl von Leitersegmenten und einer ebenso großen Anzahl von Kohlenstoffsegmenten, welche stirnseitig angeordnet und mit den Leitersegmenten elektrisch leitend verbunden sind, zählen in vielen verschiedenen Ausführungen zum Stand der Technik. Hinzuweisen ist in diesem Zusammenhang beispielsweise auf die US 5175463 A1, DE 98007045 U1, DE 19752626 A1, US 5255426 A1, DE 19652840 A1, WO 97/03486, DE 19601863 A1, DE 4028420 A1, EP 0667657 A1, US 5442849 A1, WO 92/01321, DE 19713936 A1, US 5637944 A1, DE 9211488 U1 und DE 19713936 A1. Weiteren einschlägigen Stand der Technik bilden die US 5629576 A1, DE 19903921 A1 und EP 0935331 A1. Von diesen Veröffentlichungen offenbaren zwei einen Plankommutator mit den eingangs angegebenen weiteren Merkmalen. So ist bei dem Plankommutator nach der DE 4028420 A1 (entsprechend GB 2247994 A) zwischen den Anschlußbereichen und den Kontaktbereichen der Leitersegmente jeweils eine Einschnürung vorgesehen; die entsprechende Verringerung des Querschnitts dient ersichtlich dazu, während der Herstellung des Leiterrohlings das definierte Aufstellen der Anschlußbereiche aus dem zunächst ebenen Ausgangsmaterial zu begünstigen. Bei dem aus der DE 9211488 U1 bekannten Plankommutator ist an der Außenfläche der Leitersegmente eine Stufe vorgesehen, welche in einer entsprechenden Verringerung des Material-Querschnitts zwischen den Anschlußbereichen und den Kontaktbereichen resultiert. Diese Stufe wird später mit Preßstoff aufgefüllt, so daß die Kohlenstoffsegmente des fertigen Plankommutators von einem umlaufend geschlossenen Preßstoffring eingefaßt sind.

Die große Anzahl von Schutzrechten, die sich mit Plankommutatoren mit Kohlenstoff-Lauffläche befassen, belegt den großen Bedarf an praxistauglichen Kommutatoren dieser Bauart, die insbesondere zum Antrieb von Kraftstoffpumpen in Kraftfahrzeugen Verwendung finden. Zugleich läßt sich der große Anzahl von Publikationen entnehmen, daß es eine Vielzahl von Problemkreisen gibt, die bisher nicht in zufriedenstellendem Maße gelöst wurden.

Dies hängt unter anderem damit zusammen, daß bei bekannten gattungsgemäßen Plankommutatoren verschiedene Anforderungen z.T. zueinander konkurrieren; hierzu zählen insbesondere die Ziele geringe Abmessungen, niedrige Herstellkosten sowie hohe Lebensdauer des Kommutators. Ein besonders gravierendes der vorstehend angesprochenen Konkurrenzverhältnisse besteht zwischen der Reduzierung der Abmessungen und der Steigerung der Lebensdauer des Plankommutators; denn die Drähte der Rotorwicklung werden im allgemeinen an den Leitersegmenten angeschweißt, was bei allzu geringen Abmessungen des Plankommutators leicht zu einer durch Überhitzung verursachten Schädigung der elektrisch leitenden Verbindungen der Leitersegmente mit den Kohlenstoffsegmenten führt, was hinwiederum eine reduzierte Lebensdauer des Plankommutators nach sich zieht. Tatsächlich ist es so, daß die bekannten, in den oben angegebenen Veröffentlichungen beschriebenen Plankommutatoren, soweit sie von einer durch Weichlöten hergestellten elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Kohlenstoffsegmenten und den Leitersegmenten ausgehen, in der Praxis infolge des vorstehend genannten Problems und der hieraus resultierenden unbefriedigenden Lebensdauer nicht eingesetzt werden. Dies ist der Hintergrund beispielsweise für die Vorschläge, zur Verbindung der Kohlenstoffsegmente mit den Leitersegmenten ein hochtemperaturbeständiges Hartlot einzusetzen (vgl. EP 0935331 A1) bzw. die Kontaktpunkte zwischen Leitersegmenten und Kohlenstoffsegmenten relativ weit entfernt von den Anschlüssen der Rotorwicklung anzuordnen (vgl. DE 19903921 A1). Allerdings ist der an erster Stelle genannte Vorschlag mit Mehrkosten und der an zweiter Stelle genannte Vorschlag mit größeren Abmessungen des Kommutators verbunden.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, einen Plankommutator der eingangs angegebenen Art zu schaffen, der sich vergleichsweise kostengünstig herstellen läßt und zugleich trotz relativ geringer Abmessungen eine hohe Lebensdauer aufweist. Des weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Plankommutators und besonders zweckmäßige bei einem solchen Herstellungsverfahren verwendete Zwischenprodukte zu schaffen.

Gelöst wird die vorstehend angegebene Aufgabenstellung gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch, daß bei einem Plankommutator der eingangs genannten Art die gleichmäßig dünnwandigen Übergangsbereiche der Leitersegmente in im wesentlichen radialer Erstreckung zur Kommutatorachse orientiert und entfernt von den Kohlenstoffsegmenten an die Kontaktbereiche der Leitersegmente angeschlossen sind, wobei zwischen den Übergangsbereichen der Leitersegmente einerseits und den Kohlenstoffsegmenten andererseits jeweils eine Preßstoffschicht besteht. Von wesentlicher Bedeutung für den erfindungsgemäßen Plankommutator ist somit eine Kombination mehrerer Merkmale: Die Leitersegmente sind nicht mit einer überall mehr oder weniger gleichen Wandstärke ausgeführt; vielmehr unterscheiden sich die Wandstärken verschiedener Bereiche der Leitersegmente signifikant voneinander, indem nämlich zwischen dem Anschlußbereich, der dem Anschluß der Rotorwicklung dient, und dem Kontaktbereich, über den die elektrisch leitende Verbindung des Leitersegments mit dem zugeordneten Kohlenstoffsegment hergestellt wird, ein vergleichsweise dünnwandiger Übergangsbereich besteht. Diese gleichmäßig dünnwandig ausgeführten Übergangsbereiche der Leitersegmente sind im wesentlichen in radialer Erstreckung zur Kommutatorachse orientiert und entfernt von den Kohlenstofsegmenten an die Kontaktbereiche der Leitersegmente angeschlossen. Der auf diese Weise zunächst zwischen den Kohlenstoffsegmenten und den Übergangsbereichen der Leitersegmente bestehende Spalt ist mit einer Preßstoffschicht gefüllt.

Bei Plankommutatoren nach der vorliegenden Erfindung ist somit die - senkrecht zur Wärmeflußrichtung bestimmte - Wandstärke des Übergangsbereichs geringer als die - in radialer Richtung gemessene - Wandstärke des Anschlußbereichs und die - in axialer Richtung gemessene - Wandstärke des Kontaktbereichs des betreffenden Leitersegments, wobei der Anschlußbereich zudem auch in axialer und in Umfangsrichtung vergleichsweise groß dimensioniert ist (siehe unten). Eine derartige Gestaltung der Leitersegmente führt insbesondere dazu, daß auch bei äußerst kompakten, kleinste Abmessungen aufweisenden Plankommutatoren das Anschweißen der Wicklungsdrähte an die Anschlußbereiche der Leitersegmente nicht zu einer überhitzungsbedingten Schädigung der elektrisch leitenden Verbindungen der Leitersegmente mit den Kohlenstoffsegmenten führt. Denn die dickwandigen Anschlußbereiche der Leitersegmente bilden aufgrund ihrer hohen Wärmekapazität eine erste Wärmesenke für die beim Schweißvorgang entwickelte Wärme. Der dünnwandige Übergangsbereich vom Anschlußbereich zum Kontaktbereich bildet demgegenüber aufgrund seiner - normal zum Wärmefluß ausgerichteten - geringen Querschnittsfläche für die Wärmeleitung vom Anschlußbereich zum Kontaktbereich des Leitersegments einen erheblichen Widerstand. Und der dickwandige Kontaktbereich bildet wiederum eine ausgeprägte Wärmesenke für die (ohnehin reduzierte) durch den Übergangsbereich hindurchgeleitete Wärmeenergie. Das Ergebnis ist, daß sich der Kontaktbereich der Leitersegmente beim Anschweißen der Drähte der Rotorwicklung an die Leitersegmente bei weitem nicht in einem solchen Maße erwärmt, wie dies vom Stand der Technik her bekannt ist. In Anwendung der vorliegenden Erfindung lassen sich bei Einsatz herkömmlicher Schweißverfahren Reduktionen der an der Verbindung der Leitersegmente mit den Kohlenstoffsegmenten auftretenden Maximaltemperaturen um 50°C oder sogar mehr gegenüber bekannter Plankommutatoren gattungsgemäßer Art erreichen. Als Folge hiervon ist die Gefahr, daß die elektrisch leitenden Verbindungen der Kohlenstoffsegmente mit den Leitersegmenten beim Anschweißen der Rotorwicklung an den Plankommutator beschädigt werden, maßgeblich reduziert. In Anwendung der vorliegenden Erfindung lassen sich die Kohlenstoffsegmente sogar durch Weichlöten dauerhaft mit den Leitersegmenten elektrisch verbinden, da die an der Kontaktstelle auftretenden Temperaturen zuverlässig unterhalb des Erweichungspunktes für Weichlot liegen. Dies gilt selbst für extrem kompakte Plankommutatoren. In diesem Zusammenhang wirkt sich auch vorteilhaft aus, daß bei Anwendung der vorliegenden Erfindung keine Notwendigkeit mehr besteht, die elektrisch leitende Verbindung der Kohlenstoffsegmente mit den Leitersegmenten in eine möglichst große Entfernung zu den Anschlußbereichen der Leitersegmente zu bringen, was bisher vielfach zu radial innen liegenden, relativ kleinen Kontaktflächen zwischen den Kohlenstoffsegmenten und den Leitersegmenten geführt hat. Vielmehr lassen sich in Anwendung der vorliegenden Erfindung durchaus großformatige Kontaktflächen zwischen den Leitersegmenten und den Kohlenstoffsegmenten realisieren, was sich günstig auf die Lebensdauer der entsprechenden Verbindung auswirkt.

Der erfindungsgemäß vorgesehene, vorstehend erläuterte dünnwandige Übergangsbereich zwischen dem Anschlußbereich und dem Kontaktbereich eines jeden Leitersegments wirkt sich im übrigen nicht allein durch seinen Wärmeleitwiderstand (siehe oben) als vorteilhaft aus. Hervorzuheben ist des weiteren die durch die gleichmäßig dünnwandigen, im wesentlichen radial zur Kommutatorachse orientierten Übergangsbereiche - während der Herstellung des Plankommutators - bereitgestellte federnde axiale Nachgiebigkeit der Kontaktbereiche der Leitersegmente, sofern, wie dies gemäß der Erfindung des weiteren vorgesehen ist, die Kohlenstoffringscheibe zu den Anschlußbereichen und den Übergangsbereichen des Leiterrohlings einen - später mit Preßstoff gefüllten - Abstand einhält. Denn diese axiale federnde Nachgiebigkeit begrenzt, wenn das aus Leiterrohling und Kohlenstoffringscheibe gebildete Verbundteil zum Spritzen des Trägerkörpers in ein Spritzwerkzeug eingelegt wird, die beim Schließen des Spritzwerkzeuges auf die Kohlenstoffringscheibe ausgeübte Kraft. Durch die Elastizität der Übergangsbereiche und das hierdurch mögliche axiale Einfedern der Kontaktbereiche beim Schließen des Spritzwerkzeuges ist der auf die Kohlenstoffringscheibe ausgeübte Druck kontrollierbar. Die Hauptschließkraft wird in Druckspannungen in den Anschlußbereichen sowie den diese ggf. verbindenden Brückenteilen und Verbindungsstegen (siehe unten) umgesetzt; selbst solche Schließkräfte, die zu einer Verformung des Leiterrohlings in axialer Richtung um 1 bis 4 % führen, sind ohne Beschädigung der Kohlenstoffringscheibe realisierbar. Der Kommutator kann auf diese Weise unabhängig von Toleranzen, die bei der wirtschaftlichen Herstellung der Kohlenstoffringscheibe und des Leiterrohlings unvermeidbar sind, in dem Spritzwerkzeug exakt auf sein Sollmaß gefertigt werden. Eine anschließende stirnseitige Nachbearbeitung ist entbehrlich, wodurch eine Kosteneinsparung möglich ist. Die wirksame Begrenzung des auf die Kohlenstoffringscheibe wirkenden Druckes reduziert die Gefahr einer Beschädigung der Kohlenstoffringscheibe während der Herstellung des Plankommutators und trägt auf diese Weise zu einer Reduzierung des Ausschusses bei. Die vorliegende Erfindung ermöglicht auch, daß für die Herstellung der Kohlenstoffringscheibe vergleichsweise kostengünstiges Material eingesetzt wird, wie beispielsweise relativ druckempfindlicher, brüchiger und verletzungsempfindlicher kunststoffgebundener Kohlenstoff.

Das vorstehend erläuterte axiale Einfedern der Kontaktbereiche des Leiterrohlings mitsamt der an diesen anliegenden Kohlenstoffringscheibe gegenüber den Anschlußbereichen des Leiterrohlings wird besonders begünstigt, wenn die Übergangsbereiche eine Mindesterstreckung aufweisen, die etwa 5 %, bevorzugt etwa 8 bis 10 % des Radius des fertigen Plankommutators beträgt, was bei Kleinkommutatoren gängiger Baugrößen Durchmesser ca. 20 mm) einer radialen Mindesterstreckung der Übergangsbereiche von mindestens 1 mm entspricht.

Gemäß der Erfindung ist, wie vorstehend dargelegt, vorgesehen, daß die Übergangsbereiche der Leitersegmente entfernt von den Kohlenstoffsegmenten an die Kontaktbereiche der Leitersegmente angeschlossen sind. Auf diese Weise entsteht zwischen den Übergangsbereichen und ggf. den Anschlußbereichen der Leitersegmente einerseits und den Kohlenstoffsegmenten andererseits jeweils ein Spalt, der später mit einer Preßstoffschicht ausgefüllt wird. Die von der Kontaktfläche der Kontaktbereiche der Leitersegmente entfernten Anschlüsse der Übergangsbereiche wirken sich in einer erheblich verringerten Wärmeübertragung von den Übergangsbereichen der Leitersegmente auf die Kohlenstoffsegmente aus. Die Wirkung der Preßstoffschicht besteht überdies in einem verbesserten Schutz der elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Kontaktbereichen der Leitersegmente und den Kohlenstoffsegmenten gegenüber aggressiven Medien.

Im Hinblick auf die erfindungsgemäß vorgesehenen, vorstehend erläuterten unterschiedlichen Wandstärken der Leitersegmente in ihren verschiedenen Bereichen erweist sich die Herstellung eines Leiterrohlings, wie er zur Herstellung des erfindungsgemäßen Plankommutators eingesetzt wird, durch ein kombiniertes Fließpreß- und Stanzverfahren als besonders günstig. Zunächst wird durch Fließpressen ein napfartiger Grundkörper hergestellt, der sich bereits durch dickwandige Anschlußbereiche, dünnwandige Übergangsbereiche und wiederum dickwandige Kontaktbereiche auszeichnet, wobei die Kontaktbereiche und ggf. auch die Übergangsbereiche noch untereinander unter Bildung eines geschlossenen Ringes verbunden sind. Durch Stanzen wird danach der Boden des Grundkörpers segmentiert.

Die idealen Abmessungen der einzelnen Bereiche der Leitersegmente, insbesondere die verschiedenen Wandstärken und deren Relation zueinander, hängen von unterschiedlichen Einflußgrößen ab. Jedoch zeigt sich bereits in dem Falle, daß die Wandstärke der Übergangsbereiche der Leitersegmente weniger als 80% der Wandstärke der Kontaktbereiche beträgt, eine signifikante Verbesserung der Lebensdauer der elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Kohlenstoffsegmenten und den Leitersegmenten gegenüber dem Stand der Technik. Besonders bevorzugt ist der Wandstärkenunterschied noch größer, indem die Wandstärke der Übergangsbereiche der Leitersegmente weniger als 60 % der Wandstärke der Kontaktbereiche beträgt. Dies vergrößert, sofern die Übergangsbereiche entfernt von den Kohlenstoffsegmenten an die Kontaktbereiche der Leitersegmente angeschlossen sind, den Abstand der Übergangsbereiche der Leitersegmente zu den Kohlenstoffsegmenten. Für die Dimensionierung der Kontaktbereiche hat sich im übrigen als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Wandstärke der Kontaktbereiche mindestens den 0,4fachen Wert der Erstreckung der Kontaktbereiche in Umfangsrichtung beträgt.

Die Anschlußbereiche sind im übrigen bevorzugt in Umfangs- und in Axialrichtung so groß dimensioniert, daß eine Doppelelektrode beidseits des Anschlußhakens bequem Platz findet. In diesem Sinne erstrecken sich die Anschlußbereiche bevorzugt über mindestens 65 %, besonders bevorzugt über mindestens 80 % des Umfangs des Plankommutators. Eine derartig große Dimensionierung der Anschlußbereiche wirkt sich im übrigen günstig auf die Wärmekapazität der Anschlußbereiche aus und begünstigt somit das erfindungsgemäße Wärmeverhalten.

Weiter oben wurde bereits dargelegt, daß bei Anwendung der vorliegenden Erfindung keine Notwendigkeit besteht, die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Kohlenstoffsegmenten und den Leitersegmenten auf relativ kleine, radial innen liegende Kontaktbereiche zu konzentrieren. Im Sinne einer Maximierung der für die elektrisch leitenden Verbindungen zur Verfügung stehenden Fläche zeichnet sich eine bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung dadurch aus, daß die Kontaktbereiche der Leitersegmente vollflächig mit den Stirnflächen der Kohlenstoffsegmente in Berührung stehen. Die Kontaktflächen auf den Stirnflächen der Kohlenstoffsegmente können dabei von umlaufend geschlossenen oder aber offenen, rahmenartigen Erhebungen, deren Kontur an die Kontur der Kontaktbereiche der Leitersegmente angepaßt ist und die der Justierung von Kohlenstoffringscheibe und Leiterrohling zueinander während der Herstellung des Plankommutators dienen, ganz oder teilweise umgeben sein. Auch dieses Merkmal ist wieder im Zusammenhang zu sehen mit dem weiter oben erwähnten Herstellungsverfahren des Leiterrohlings durch kombiniertes Fließpressen und Stanzen. Denn dickwandige Kontaktbereiche, die zum vollflächigen Kontakt mit den Kohlenstoffsegmenten innerhalb jener rahmenartigen Erhebungen geeignet sind, lassen sich nicht herstellen, wenn der Leiterrohling, wie dies bisher häufig praktiziert wird, durch Tiefziehen aus einem Blech geformt wird.

Wird auf die vorstehend erläuterten rahmenartigen Erhebungen verzichtet, so können sich die Kontaktflächen über die gesamten zugeordneten Stirnflächen der Kohlenstoffsegmente erstrecken, so daß die Kohlenstoffsegmente vollflächig elektrisch leitend mit den Kontaktbereichen der Leitersegmente verbunden sind.

Im Bereich der vorstehend erwähnten Kontaktflächen der Kohlenstoffsegmente kann besonders bevorzugt zwischen den Kontaktbereichen der Leitersegmente und den Kohlenstoffsegmenten ein elektrisch leitendes Kontaktmaterial aufgenommen sein. Dieses kann beispielsweise ein Weichlot sein (siehe oben). Es kann jedoch beispielsweise auch bestehen aus Körnern, Pulver und/oder Plättchen eines Metalls, beispielsweise aus Silber. Denn bei besonders bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Plankommutators ist, worauf weiter unten in größerem Detail eingegangen wird, eine mechanisch tragende Verbindung der Kontaktbereiche mit den Kohlenstoffsegmenten durch Lot oder dergleichen nicht nötig, wenn die Kohlenstoffsegmente an ihren radial inneren und äußeren Umfangsflächen fest in den aus Preßstoff geformten Trägerkörper eingebettet sind.

In dem vorstehend dargelegten Sinne sind die Kohlenstoffsegmente besonders bevorzugt an ihren radial äußeren Umfangsflächen jeweils von einem durch den Trägerkörper gebildeten Preßstoffmantel abgedeckt, wobei zwischen äußeren Umfangsflächen der Kohlenstoffsegmente und den Preßstoffmänteln besonders bevorzugt jeweils formschlüssige Verbindungen bestehen. Letztere können auf jede bekannte Weise, insbesondere als Stufung, Verzahnung, Sägezahn-Verzahnung oder dgl. ausgeführt sein. Besonders bevorzugt ist dabei eine Wellung.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Plankommutators zeichnet sich dadurch aus, daß die Anschlußbereiche der Leitersegmente eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Axialnut aufweisen, in welche eine Rippe des Preßstoffmantels eingreift. Hierdurch entsteht eine Verzahnung des Preßstoffmantels mit dem zugeordneten Leitersegment, die sich besonders positiv auf die Standfestigkeit des Kommutators auswirkt. Die Nut kann dabei insbesondere zunächst als Rechtecknut ausgeführt sein, die beim Stanzen des Bodens der durch Fließpressen hergestellten ersten Stufe des Leiterrohlings in diesen eingeprägt wird. Bei Schließen eines Spritzwerkzeugs, in welches das Verbundteil, das durch Zusammenfügen des Leiterrohlings mit der Kohlenstoffringscheibe entstanden ist (siehe unten), zum Formen des Trägerkörpers aus Preßstoff eingelegt ist, verformt sich bei geeigneter Ausführung der Nut deren äußere Begrenzung unter den Schließkräften radial einwärts, so daß die Nut hinterschnitten ist; dies führt zu einem besonders festen Halt der Preßstoffrippe in der Nut.

Die Anschlußbereiche der Leitersegmente stehen besonders bevorzugt radial über die äußeren Umfangsflächen der vorstehend erläuterten Preßstoffmäntel über. Dieses Merkmal ist zu sehen in Verbindung mit dem weiter unten erläuterten besonders bevorzugten Herstellungsverfahren und dem bei dessen Durchführung verwendeten Leiterrohling.

Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Plankommutators zeichnet sich dadurch aus, daß der Kern des Trägerkörpers die radial inneren Umfangsflächen der Kohlenstoffsegmente unter Bildung formschlüssiger Verbindungen überdeckt. Insbesondere in Verbindung mit den vorstehend erläuterten, die äußeren Umfangsflächen der Kohlenstoffsegmente abdeckenden Preßstoffmänteln ergibt sich eine ausreichend feste mechanische Verbindung der Kohlenstoffsegmente mit dem Trägerkörper, so daß auf eine mechanisch tragende Verbindung der Kontaktbereiche der Leitersegmente mit den Kohlenstoffsegmenten verzichtete werden kann (siehe oben).

Eine wiederum andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an den Anschlußbereichen Kontaktfahnen angeordnet sind, die endseitig abgeschrägt sind. Eine derartige, der äußeren Umfangsfläche des zugeordneten Anschlußbereichs zugewandte Abschrägung führt zu einer Verringerung der Kontaktfläche zwischen den an die Anschlußbereiche der Leitersegmente herangebogenen Kontaktfahnen und den Anschlußbereichen der Leitersegmente nahe der Verbindung zu den Kohlenstoffsegmenten. Dies ist wiederum günstig im Hinblick auf eine möglichst geringe Übertragung der beim Schweißen der Drähte der Rotorwicklung an die Leitersegmente entstehenden Wärme auf die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Anschlußbereichen der Leitersegmente und den Kohlenstoffsegmenten.

Des weiteren ist es von Vorteil, wenn die Kohlenstoffsegmente an ihren äußeren, den Leitersegmenten zugewandten Umfangskanten gestuft ausgeführt sind. Auf diese Weise entsteht in diesem Bereich eine ringförmige Verstärkung aus Preßstoff, wodurch ein besonders guter Schutz der betreffenden Kante der Kohlenstoffscheibe bewirkt wird.

Der zur Herstellung des vorstehenden Kommutators zweckmäßigerweise verwendete Leiterrohling umfaßt eine Mehrzahl von um eine Achse herum angeordneten Leitersegmenten, vor denen jeweils zwei über ein Brückenteil miteinander verbunden sind, wobei die Leitersegmente jeweils einen am Außenumfang des Leiterrohlings angeordneten, dickwandigen Anschlußbereich, einen stirnseitig angeordneten, ebenfall dickwandigen Kontaktbereich und einen zwischen dem Anschlußbereich und dem Kontaktbereich angeordneten dünnwan digen Übergangsbereich aufweisen und die gleichmäßig dünnwandigen Übergangsbereiche der Leitersegmente im wesentlichen in radialer Erstreckung zur Achse orientiert und entfernt von den Stirnflächen der Kontaktbereiche an diese angeschlossen sind. Besonders bevorzugt sind dabei die Brückenteile zwischen den Anschlußbereichen zweier benachbarter Leitersegmente angeordnet, und zwar derart, daß die Brückenteile und die Anschlußbereiche der Leitersegmente dieselbe axiale Erstreckung aufweisen und längs ihrer gesamten axialen Erstreckung über Verbindungsstege miteinander verbunden sind. Durch die vorstehend beschrie bene Anordnung und Bemessung der Brückenteile ergeben sich auf beiden Stirnseiten des rohrförmigen Leiterrohlings in jeweils einer senkrecht zur Achse angeordneten Ebene liegende, ringförmig geschlossene Flächen. Diese eignen sich in hervorragender Weise als Dichtflächen für die beiden Hälften eines Spritzwerkzeugs, das beim Spritzen des Trägerkörpers aus Preßstoff eingesetzt wird. Der durch die Anschlußbereiche, die Brückenteile und die Verbindungsstege umlaufend geschlossene rohrförmige Leiterrohling schließt somit im Zusammenwirken mit den beiden Hälften des Spritzwerkzeugs den mit Preßstoff zu füllender Raum dicht ab.

Die rohrförmige Gestalt des Leiterrohlings ermöglicht im übrigen, daß sich die beiden Hälften des Spritzwerkzeugs im Bereich ihrer jeweiligen Dichtfläche mit dem Leiterrohling exakt gegenüberstehen. Dies ist besonders günstig im Hinblick auf die hohen Schließkräfte. Denn diese werden von dem Leiterrohling ohne unzulässig hohe Verformung aufgenommen. Die Schließkräfte rufen in dem rohrförmigen Leiterrohling im wesentlichen alleine Druckspannungen hervor.

Die weiter oben erläuterte ringförmige Abstützung der beiden Hälften des Spritzwerkzeuges an den beiden einander gegenüberliegenden ringförmigen Dichtflächen des Leiterrohlings zieht nach sich, daß die äußere Umfangsfläche der Preßstoffmäntel, sofern solche vorgesehen sind, einen geringeren Abstand zur Kommutatorachse aufweisen als die äußeren Umfangsflächen der Anschlußbereiche der Leitersegmente. Dementsprechend stehen die Anschlußbereiche der Leitersegmente unter Bildung einer Stufe radial über die äußeren Umfangsflächen der Preßstoffmäntel über.

Die Wandstärke der weiter oben erläuterten Verbindungsstege ist besonders bevorzugt erheblich geringer als die Wandstärke der Brückenteile. Dies reicht aus, um dem beim Spritzen des Trägerkörpers aus Preßstoff bestehenden Druck standzuhalten. Die geringe Wandstärke der Verbindungsstege erleichtert das spätere, nach dem Formen des Trägerkörpers erfolgende Entfernen der Brückenteile. In diesem Zusammenhang erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn der Abstand der radial inneren Umfangsflächen der Brückenteile zur Kommutatorachse zumindest gleich, besonders bevorzugt sogar geringfügig größer ist als der Abstand der radial äußeren Umfangsflächen der Anschlußbereiche der Leitersegmente zur Kommutatorachse. Denn dies ermöglicht das Abscheren bzw. Stoßen der Brückenteile nach dem Formen des Trägerkörpers durch einen axial wirkenden Stempel. Ein aufwendiges Abdrehen der äußeren Umfangsfläche des Plankommutators, um die Brückenteile zu entfernen, ist in diesem Falle nicht erforderlich.

Im Rahmen der Herstellung des erfindungsgemäßen Plankommutators kommt besonders bevorzugt eine Kohlenstoffringscheibe zum Einsatz. Diese wird mit dem Leiterrohling zusammengefügt, wobei besonders bevorzugt die Kontaktbereiche der Leitersegmente an der Stirnseite der Kohlenstoffringscheibe an Kontaktflächen anliegen, welche von umlaufend geschlossenen oder aber offenen rahmenartigen Erhebungen ganz oder teilweise umschlossen sind, deren Innenkontur zu der Außenkontur der Kontaktbereiche der Leitersegmente korrespondiert (siehe oben). Die Einheit aus Leiterrohling und Kohlenstoffringscheibe wird dann zur Bildung des Trägerkörpers aus Preßstoff in ein Spritzwerkzeug eingelegt. Nachdem der Trägerkörper geformt worden ist, wird die Kohlenstoffringscheibe durch Trennschnitte in einzelne Kohlenstoffsegmente unterteilt.

Die vorstehend erläuterten rahmenartigen Erhebungen der Kohlenstoffringscheibe sind vollständig in Preßstoff eingebettet bzw. von diesem umschlossen. Dies gewährleistet, insbesondere bei umlaufend geschlossener Ausführung der rahmenartigen Erhebungen, nicht nur einen optimalen Schutz der Kontaktflächen zwischen den Kohlenstoffsegmenten und den Leitersegmenten gegen aggressive Medien. Es führt auch zu einer selbständigen Fixierung der Kohlenstoffsegmente in dem Trägerkörper in Umfangsrichtung und trägt zu einer Fixierung der Kohlenstoffsegmente im Trägerkörper in radialer Richtung bei.

Sollen die elektrisch leitenden Verbindungen der Kohlenstoffsegmente mit den Kontaktbereichen der Leitersegmente durch Löten hergestellt werden, so ist die Kohlenstoffringscheibe zuvor zumindest an den späteren Kontaktflächen zu metallisieren. Hierzu eignen sich als solches bekannte galvanische Verfahren. In diesem Falle ist zweckmäßigerweise die Kohlenstoffringscheibe auf ihrer gesamten Stirnfläche metallisiert; und die rahmenartigen Erhebungen sind bevorzugt offen ausgeführt. Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt die Metallisierung allerdings bevorzugt durch Hochdruckverpressen von Metallpartikeln, insbesondere von - ggf. versilbertem - Cu- oder Ag-Pulver, in den späteren Kontaktflächen der Kohlenstoffringscheibe mit anschließendem Versintern. Diese Form der Metallisierung der Kohlenstoffringscheibe beschränkt sich bevorzugt auf die späteren Kontaktflächen, wobei diese wiederum bevorzugt durch umlaufend geschlossene rahmenartige Erhebungen umgrenzt sind.

Der erfindungsgemäße Plankommutator verfügt gemäß einer bevorzugten Weiterbildung über eine zentrische Bohrung, die einen aufgeweiteten Bereich aufweist, der sich von der Lauffläche her in axialer Richtung über die Tiefe der zwischen den Kohlenstoffsegmenten vorgesehenen Trennschnitte erstreckt. Besonders bevorzugt ist dabei der aufgeweitete Bereich konisch ausgeführt. Dies reduziert die Gefahr einer Kurzschlußbildung durch Kohlen- und/oder Metallstaub über die Welle, auf die der Kommutator aufgesteckt ist. Durch die Konizität wird dennoch die Steifigkeit des Kommutators weitestgehend beibehalten.

Aus den vorstehenden Erläuterungen der vorliegenden Erfindung ist ersichtlich, daß diese einen Plankommutator mit bisher nicht bekannten Eigenschaften bereitstellt. Insbesondere zeichnet sich der erfindungsgemäße Plankommutator bei geringen Herstellkosten durch eine insbesondere durch die hohe Stabilität begründete überragende Qualität aus, wobei besonders geringe Abmessungen möglich sind. Zudem ist das Umspritzen der Kohlenstoffsegmente einfach möglich; und das Spritzwerkzeug kann besonders einfach aufgebaut sein. Der Leiterrohling kann darüber hinaus innen und außen eine durchgehende Kontur aufweisen, so daß er sich in eine Matrize einlegen läßt.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1: einen Axialschnitt durch einen gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauten Plankommutator,
Fig. 2: den Plankommutator gemäß Fig. 1 in Seitenansicht,
Fig. 3: den zur Herstellung des Plankommutators gemäß den Fig. 1 und 2 verwendeten Leiterrohling im Axialschnitt,
Fig. 4: den Leiterrohling gemäß Fig. 3 in Draufsicht von oben (Pfeil IV in Fig. 3),
Fig. 5: den Leiterrohling gemäß den Fig. 3 und 4 in Draufsicht von unten (Pfeil V in Fig. 3),
Fig. 6: die zur Herstellung des Plankommutators gemäß den Fig. 1 und 2 verwendete Kohlenstoffringscheibe in perspektivischer Ansicht,
Fig. 7: eine zweite bevorzugte Ausführungsform der zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Plankommutators verwendeten Kohlenstoffringscheibe,
Fig. 8: einen Axialschnitt durch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauten Plankommutators,
Fig. 9: eine Abwandlung des in Fig. 8 veranschaulichten Plankommutators im Axialschnitt,
Fig. 10: eine weitere Abwandlung des in Fig. 8 veranschaulichten Plankommutators im Axialschnitt und
Fig. 11: das axiale Einfedern des Leiterrohlings während der Herstellung des Plankommutators etwa entsprechend Fig. 10.

Der Plankommutator gemäß den Fig. 1 und 2 umfaßt einen aus isolierendem Preßstoff gefertigten Trägerkörper 1, acht gleichmäßig um die Achse 2 herum verteilt angeordnete Leitersegmente 3 und acht Kohlenstoffsegmente 4, von denen jedes mit jeweils einem Leitersegment 3 elektrisch leitend verbunden ist. Der Trägerkörper 1 weist eine zentrische Bohrung 5 auf. In diesem Umfang entspricht der Plankommutator gemäß den Fig. 1 und 2 dem verbreitet eingesetzten Stand der Technik, so daß der grundsätzliche Aufbau nicht detaillierter erläutert zu werden braucht.

Die aus Kupfer bestehenden Leitersegmente 3 sind, wie weiter unten detailliert erläutert wird, aus dem in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Leiterrohling hervorgegangen. Sie umfassen drei Zonen, nämlich den Anschlußbereich 6, den Kontaktbereich 7 und den die beiden vorstehend genannten Bereiche miteinander verbindenden Übergangsbereich 8. An jedem der Kontaktbereiche 6 ist eine Kontaktfahne 9 angeordnet. Diese dient der elektrisch leitenden Verbindung eines Wicklungsdrahts 10 mit dem betreffenden Leitersegment 3. Die Kontaktfahnen 9 weisen endseitig (vgl. Fig. 3) eine Abschrägung 11 auf, und zwar an jener Fläche, die bei dem fertigen Plankommutator radial nach innen weist und dem zugeordneten Anschlußbereich 6 des betreffenden Leitersegments 3 benachbart ist.

Zur besseren Verankerung der Leitersegmente 3 in dem Trägerkörper 1 steht von den Anschlußbereichen 6 jedes Leitersegments 3 schräg nach innen eine Halteklaue 12 vor. Zu dem selben Zweck sind an den radial inneren Enden der Kontaktbereiche 7 der Leitersegmente 3 Ankerteile 13 vorgesehen, die im wesentlichen achsparallel von den Kontaktbereichen abstehen. Die Ankerteile 13 weisen an ihrer radial äußeren Umfangsfläche Einkerbungen 14 auf.

Von besonderer Bedeutung für die vorliegende Erfindung ist die Dimensionierung der Leitersegmente 3 in ihren verschiedenen Abschnitten. Während die - in radialer Richtung gemessene - Dicke der Anschlußbereiche 6 und die - in axialer Richtung gemessene - Dicke der Kontaktbereiche 7 groß ist, sind die Übergangsbereiche 8 besonders dünnwandig ausgeführt. Die Übergangsbereiche 8 sind entfernt von den Kohlenstoffsegmenten 4 an die Kontaktbereiche 7 angeschlossen, so daß keine Berührung besteht zwischen den Anschlußbereichen 6 und den Übergangsbereichen 8 der Leitersegmente 3 einerseits und den Kohlenstoffsegmenten 4 andererseits.

Die Kontaktbereiche 7 der Leitersegmente 3 liegen vollflächig an Kontaktflächen 15 an, welche stirnseitig an den Kohlenstoffsegmenten 4 angeordnet sind. Im Bereich der Kontaktflächen 15 ist zwischen den Kontaktbereichen 7 der Leitersegmente 3 und den Kohlenstoffsegmenten 4 ein elektrisch leitendes Kontaktmaterial 16 aufgenommen. Die Kontaktflächen 15 sind von umlaufend geschlossenen rahmenartigen Erhebungen 27 (vgl. Fig. 6) umgeben, welche von der Stirnfläche 28 der Kohlenstoffsegmente 4 vorstehen. Die Innenkontur der rahmenartigen Erhebungen 27 der Kohlenstoffsegmente 4 ist derart an die Kontur der Kontaktbereiche 7 der Leitersegmente 3 dichtend angepaßt, daß beim Formen des Trägerkörpers 1 kein Preßstoff an die Kontaktflächen 15 gelangen kann.

Die Kohlenstoffsegmente 4 sind an ihren radial äußeren Umfangsflächen jeweils von einem Preßstoffmantel 17 des Trägerkörpers 1 abgedeckt. Dabei besteht durch eine gestufte Ausführung der äußeren Umfangsfläche der Kohlenstoffsegmente 4 eine formschlüssige Verbindung zu dem jeweiligen Preßstoffmantel 17. Die Anschlußbereiche 6 der Leitersegmente 3 stehen radial geringfügig über die äußeren Umfangsflächen der Preßstoffmäntel 17 über, wodurch am Außenumfang des Plankommutators eine Stufe 18 entsteht.

Der Kern des Trägerkörpers 1 überdeckt auch die radial inneren Umfangsflächen der Kohlenstoffsegmente 4. Auch hier besteht infolge einer gestuften Ausführung der radial inneren Umfangsflächen der Kohlenstoffsegmente 4 eine formschlüssige Verbindung. Die formschlüssigen Verbindungen der Kohlenstoffsegmente 4 mit dem Trägerkörper 1 im Bereich ihrer radial inneren und äußeren Umfangsflächen gewährleistet einen dauerhaften Halt der Kohlenstoffsegmente in dem Trägerkörper 1. Auch in Umfangsrichtung greifen die Kohlenstoffsegmente 4 formschlüssig in den Trägerkörper 1 ein, und zwar über die rahmenartigen Erhebungen 27.

Zu erkennen ist in Fig. 1 schließlich die Preßstoffschicht 19, die zwischen den Anschlußbereichen 6 und den Übergangsbereichen 8 der Leitersegmente 3 und den zugeordneten Kohlenstoffsegmenten 4 besteht. Die Dicke jener Preßstoffschicht 19 hängt insbesondere ab von dem Verhältnis der Dicken der Übergangsbereiche 8 und der Kontaktbereiche 7 der Leitersegmente 3 zueinander.

Die Radialschnitte 20, mit denen im Rahmen der Herstellung des Plankommutators eine zunächst einstückige Kohlenstoffringscheibe (vgl. Fig. 6 und 7) in die einzelnen Kohlenstoffsegmente 4 unterteilt wurde, sind ebenfalls dargestellt.

Fig. 2 veranschaulicht die besonders großformatige äußere Umfangsfläche der Anschlußbereiche 6 der Leitersegmente 3. Beidseitig der Kontaktfahnen 9 stehen zwei vergleichsweise große Zonen für den Kontakt mit Schweißelektroden während der Verschweißung des Wicklungsdrahts 10 mit dem betreffenden Leitersegment zur Verfügung.

Die Fig. 3 bis 5 veranschaulichen den zur Herstellung des Plankommutators gemäß den Fig. 1 und 2 verwendeten Leiterrohling im Schnitt, in Draufsicht von oben und in Draufsicht von unten. Viele Details des Leiterrohlings ergeben sich unmittelbar aus der vorstehenden Erläuterung der Fig. 1 und 2; insoweit wird Bezug genommen auf die vorstehenden Ausführungen. Ein wichtiges Merkmal des Leiterrohlings ist seine am Umfang vollständig geschlossene rohrförmige Gestalt. Zwischen jeweils zwei Anschlußbereichen 6 besteht ein Brückenteil 21. Die Brückenteile 21 und die Anschlußbereiche 6 der Leitersegmente 3 weisen dieselbe axiale Erstreckung auf und sind längs ihrer gesamten axialen Erstreckung über Verbindungsstege 22 miteinander verbunden. Hierdurch ergeben sich auf beiden Stirnseiten des Leiterrohlings geschlossene ringförmige Flächen 23 und 24, die sich abwechselnd aus den Stirnflächen der Anschlußbereiche 6 der Leitersegmente 3 und der Brückenteile 21 zusammensetzen. Dies ist, wie weiter oben erläutert, von besonderem Vorteil für einen dichten Abschluß des Preßwerkzeugs am Leiterrohling, wobei die im Hinblick auf die extrem hohen Spritzdrücke erforderlichen hohen Schließkräfte nicht zu einer schädlichen Verformung des Leiterrohlings führen.

Die Verbindungsstege 22 sind - durch entsprechende Dimensionierung der Nuten 23 - extrem dünnwandig ausgeführt. Dies gestattet, daß die Brückenteile 21, nachdem der Trägerkörper 1 angespritzt worden ist, durch Stoßen in axialer Richtung in einem einzigen Arbeitsgang entfernt werden können. Hierzu ist im übrigen vorgesehen, daß der Abstand 24 der radial inneren Umfangsflächen der Brückenteile 21 zur Kommutatorachse 2 nicht kleiner, sondern gleich, besonders bevorzugt minimal größer als der Abstand 25 der radial äußeren Umfangsflächen der Anschlußbereiche 6 der Leitersegmente 3 zur Kommutatorachse 2.

In Fig. 6, die die zur Herstellung des Plankommutators gemäß den Fig. 1 und 2 verwendete Kohlenstoffringscheibe veranschaulicht, ist die Ausformung der stirnseitig vorgesehenen rahmenartigen Erhebungen 27, welche die Kontaktflächen 15 umschließen, gut zu erkennen. Im Vergleich mit Fig. 5 ist auch erkennbar, daß die Innenkontur der rahmenartigen Erhebungen 27 auf die Außenkontur der Kontaktbereiche 7 der Leitersegmente 3 abgestimmt ist.

Zu erkennen ist in Fig. 6 des weiteren die profilierte äußere und innere Umfangsfläche der Kohlenstoffringscheibe, die einer formschlüssigen Verbindung der späteren Kohlenstoffsegmente 4 mit dem Preßstoff des Trägerkörpers 1 im Bereich des Kerns bzw. des jeweiligen Preßstoffmantels 17 dient.

Die Kontaktflächen 15 sind durch Einpressen von Metallpulver in die Oberfläche vor dem Versintern metallisiert worden.

Die in Fig. 7 veranschaulichte Kohlenstoffringscheibe unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 6 dadurch, daß die rahmenartigen Erhebungen 27 nicht umlaufend geschlossen sondern vielmehr offen sind. Sie umgeben die Kontaktflächen 15 somit nur teilweise; entsprechend umgeben sie in dem fertigen Plankommutator auch die Kontaktbereiche 7 der Leitersegmente 3 nur teilweise. Für eine zuverlässige Justierung des Leiterrohlings und der Kohlenstoffringscheibe zueinander während der Herstellung des Plankommutators ist dies ausreichend.

Die gesamte Stirnfläche der Kohlenstoffringscheibe ist durch Galvanisieren metallisiert worden.

Fig. 8 veranschaulicht einen weiteren gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauten Plankommutator, der sich durch die nachstehend angegebenen Merkmale von dem Plankommutator gemäß Fig. 1 unterscheidet:

Ein erster Unterschied des Plankommutators gemäß Fig. 8 gegenüber demjenigen gemäß Fig. 1 betrifft die Verankerung des Preßstoffmantels 17 des Trägerkörpers 1 mit den Anschlußbereichen 6 der Leitersegmente 3 über eine Verzahnung 31. Diese ist gebildet durch eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Axialnut 32 in den Anschlußbereichen 6 der Leitersegmente und einer in diese Nut eingreifenden Preßstoffrippe 33. Erkennbar ist dabei der Hinterschnitt der Nut 32, der entsteht durch Stauchen der äußeren ringförmigen Begrenzung der Nut beim Schließen des Spritzwerkzeugs, in welchem der Trägerkörper 1 angeformt worden ist.

Im übrigen zeigt ein Vergleich der Fig. 8 und 1 miteinander, daß der Plankommutator gemäß Fig. 8 über eine anders ausgeführte zentrische Bohrung 5 verfügt. Denn hier weist die Bohrung 5 eine konische Erweiterung 34 auf, welche über eine Stufe 35 an den zylindrischen Abschnitt 36 der Bohrung anschließt. Die Trennschnitte 20, mittels welchen die Kohlenstoffringscheibe in die einzelnen Kohlenstoffsegmente 4 unterteilt wird, münden in den aufgeweiteten Bereich 34 der zentrischen Bohrung 5.

Die Kohlenstoffsegmente 4 sind lediglich im Bereich der von den rahmenartigen Erhebungen 27 umschlossenen Kontaktflächen 15 metallisiert, und zwar durch Einpressen von Metallpulver in die Oberfläche der Kohlenstoffringscheibe vor dem Sintern. Die Kohlenstoffsegmente sind mit den Leitersegmenten durch Weichlöten elektrisch leitend verbunden.

Im übrigen entspricht der in Fig. 8 veranschaulichte Plankommutator demjenigen gemäß Fig. 1, so daß zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird.

Hinsichtlich seiner grundsätzlichen Gestaltungsmerkmale entspricht der in Fig. 9 dargestellte Plankommutator dem Plankommutator gemäß Fig. 8. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird daher im Zusammenhang mit dem grundsätzlichen Aufbau des in Fig. 9 veranschaulichten Plankommutators auf die Ausführungen zu Fig. 8 verwiesen und nachstehend allein auf die Unterschiede eingegangen. Zum einen weisen die rahmenartigen Erhebungen 27', welche die Kontaktflächen 15 umgeben, einen halbrunden Querschnitt auf. Dies erleichtert nicht nur das Zusammenfügen des Leiterrohlings mit der Kohlenstoffringscheibe bei der Herstellung des Plankommutators. Ein weiterer Vorteil dieser Form der rahmenartigen Erhebungen 27' besteht darin, daß Preßstoffmasse in die keilförmigen Bereiche 37 zwischen den Umfangsflächen der Kontaktbereiche 7 der Leitersegmente 3 und den angrenzenden rahmenartigen Erhebungen 27' eindringt. Dies begünstigt eine feste Verbindung der Kohlenstoffsegmente 4 an den Kontaktbereichen 7 der Leitersegmente 3. Ferner ist günstig, daß die rahmenartigen Erhebungen 27' vollständig mit der Preßmasse des Trägerkörpers bedeckt sind.

Ein weiterer Unterschied des Plankommutators gemäß Fig. 9 gegenüber dem in Fig. 8 veranschaulichten Plankommutator besteht in einer vergrößerten radialen Erstreckung der Übergangsbereiche 8 der Leitersegmente 3. Bei einem Außendurchmesser des fertigen Plankommutators von ca. 20 mm beträgt die radiale Erstreckung der Übergangsbereiche 8 etwa 1 mm. Die Übergangsbereiche sind dabei radial ausgerichtet; ihre - in axialer Richtung bestimmte - Wandstärke beträgt etwa 0,7 mm, wobei die - in radialer Richtung bestimmte - Wandstärke der Anschlußbereiche 6 ca. 1,2 mm und die - in axialer Richtung bestimmte - Wandstärke der Kontaktbereiche 7 ca. 1,4 mm beträgt. Der Querschnitt, über welchen jeder Übergangsbereich 8 an den zugeordneten Kontaktbereich 7 angeschlossen ist, ist infolge der Stufe 38 nur ca. 0,5 mm hoch, was sich im Sinne einer Verringerung des Wärmeflusses von den Anschlußbereichen 6 über die Übergangsbereiche 8 zu den Kontaktbereichen 7 auswirkt.

Schließlich ist erkennbar, daß, anders als dies für den Plankommutator gemäß Fig. 8 gilt, in die Anschlußbereiche 6 der Leitersegmente 3 eine Axial-Nut nicht eingebracht ist. Allerdings sind die Übergangsbereiche 8 unter Ausbildung einer Stufe 39 gegenüber den Stirnkanten 40 der Anschlußbereiche 6 der Leitersegmente 3 versetzt. Durch die Wandstärke der Anschlußbereiche 6 sowie die radiale Erstreckung der Übergangsbereiche 8 der Leitersegmente 3 ergibt sich, daß zwischen der radialen Außenfläche der Kohlenstoffsegmente 4 einerseits und der radialen Außenfläche der Kontaktbereiche 7 der Leitersegmente 3 andererseits ein erheblicher Abstand (vorliegend ca. 1,8 mm) besteht. Hierdurch ergibt sich radial außerhalb der rahmenartigen Erhebungen 27' eine vergleichsweise große Stirnfläche 28' der Kohlenstoffsegmente 4, über welche diese mit dem Trägerkörper 1 in Verbindung stehen. Insgesamt stehen über die Stirnflächen 28' sowie die Erhebungen 27' jeweils Flächen, die etwa 50 bis 70 % der Laufflächen der Kohlenstoffsegmente 4 entsprechen, mit dem Preßstoff des Trägerkörpers 1 in Verbindung.

Der Plankommutator gemäß Fig. 10 entspricht hinsichtlich seiner wesentlichen Gestaltungsmerkmale demjenigen gemäß Fig. 9. Dies gilt auch für die Form der rahmenartigen Erhebungen 27', die Größe der Kontaktflächen 15 und die Wandstärken der Anschlußbereiche 6, der Übergangsbereiche 8 und der Kontaktbereiche 7 der Leitersegmente 3. Allerdings schließen hier die Übergangsbereiche 8 der Leitersegmente 3 bündig an die Stirnflächen 40 der Anschlußbereiche 6 an, so daß die in Fig. 9 veranschaulichten Stufen 38 und 39 nicht bestehen.

Fig. 11 veranschaulicht die Verhältnisse bei der Fertigung des in Fig. 10 gezeigten Plankommutators, nämlich bei einem in ein Spritzwerkzeug eingelegten, aus einem Leiterrohling und einer mit dieser verbundenen Kohlenstoffringscheibe bestehenden Verbundteil. Die obere Hälfte 41 des Spritzwerkzeugs liegt an einer Dichtfläche 42 an, die gebildet ist durch die oberen Stirnflächen der Kontaktbereiche 6, der Brückenteile 21 sowie der Verbindungsstege 22 (vgl. Fig. 4). Die untere Hälfte 43 des Spritzwerkzeugs liegt in entsprechender Weise an einer Dichtfläche 44 an, welche gebildet ist durch die untere Stirnfläche der Anschlußbereiche 6, der Brückenteile 21 und der Verbindungsstege 22. Fig. 11 zeigt, daß mögliche Dickentoleranzen der Kohlenstoffringscheibe ausgeglichen werden können durch axiales Einfedern (Pfeil A) der Kontaktbereiche 7 des Leiterrohlings gegenüber den Anschlußbereichen 6 unter Verformung der Übergangsbereiche 8. Dickentoleranzen der Kohlenstoffringscheibe wirken sich somit nicht auf das Fertigmaß des fertigen Plankommutators aus. Die Abmessungen des fertigen Plankommutators bestimmen sich somit unabhängig von möglichen Maßabweichungen der Kohlenstoffringscheibe von ihrem Sollwert ausschließlich von dem Spritzwerkzeug. Infolgedessen weist der fertige Plankommutator auch ohne kostenintensive stirnseitige Nachbearbeitung exakt seine Sollabmessungen auf.

Claims

Plankommutator für eine elektrische Maschine, umfassend einen aus isolierendem Preßstoff gefertigten Trägerkörper (1), eine Mehrzahl von Leitersegmenten (3) und eine ebenso große Anzahl von Kohlenstoffsegmenten (4), welche stirnseitig angeordnet sind und mit den Leitersegmenten (3) elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Leitersegmente (3) jeweils einen am Umfang des Trägerkörpers (1) angeordneten, dickwandigen Anschlußbereich (6), einen zwischen dem Trägerkörper (1) und dem zugeordneten Kohlenstoffsegment (4) angeordneten, ebenfalls dickwandigen Kontaktbereich (7) und einen zwischen dem Anschlußbereich (6) und dem Kontaktbereich (7) angeordneten dünnwandigen Übergangsbereich (8) aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, daß die gleichmäßig dünnwandigen Übergangsbereiche (8) der Leitersegmente (3) in im wesentlichen radialer Erstreckung zur Kommutatorachse (2) orientiert und entfernt von den Kohlenstoffsegmenten (4) an die Kontaktbereiche (7) der Leitersegmente (3) angeschlossen sind, wobei zwischen den Übergangsbereichen (8) der Leitersegmente (3) einerseits und den Kohlenstoffsegmenten (4) andererseits jeweils eine Preßstoffschicht (19) besteht.
Plankommutator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Übergangsbereiche (8) der Leitersegmente (3) weniger als 60% der Wandstärke der Kontaktbereiche (7) beträgt.
Plankommutator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbereiche (6) sich über mindestens 65%, besonders bevorzugt über mindestens 80% des Umfangs des Plankommutators erstrecken.
Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß sich die Preßstoffschicht (19) in den Bereich zwischen den Anschlußbereichen (6) und den Kohlenstoffsegmenten (4) erstreckt.
Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Dicke der Preßstoffschicht (19) mindestens 0,5 mm beträgt.
Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Außenflächen der Kontaktbereiche (7) um ein Maß radial innerhalb der radialen Außenflächen der Kohlenstoffsegmente (4) liegen, das zwischen dem 0,5-fachen und dem 1,5-fachen Wert der axialen Dicke der Kohlenstoffsegmente beträgt.
Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Innenflächen der Kontaktbereiche (7) um ein Maß radial außerhalb der radialen Innenflächen der Kohlenstoffsegmente (4) liegen, das zwischen dem 0,25-fachen und dem 1,0-fachen Wert der axialen Dicke der Kohlenstoffsegmenete beträgt.
Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
an den Anschlußbereichen (6) Kontaktfahnen (9) angeordnet sind, die endseitig abgeschrägt sind, wobei die Abschrägungen (11) den Umfangsflächen der Anschlußbereiche (6) zugewandt sind.
Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Kontaktbereiche (7) der Leitersegmente (3) mindestens dem 0,4-fachen Wert der Erstreckung der Kontaktbereiche (7) in Umfangsrichtung beträgt.
Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbereiche (7) der Leitersegmente (3) vollflächig elektrisch leitend an Kontaktflächen (15) anliegen, welche stirnseitig an den Kohlenstoffsegmenten (4) angeordnet sind.
Plankommutator nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen (15) zumindest teilweise von rahmenartigen Erhebungen (27) umschlossen sind, die von der Stirnfläche (28) der Kohlenstoffsegmente (4) vorspringen.
Plankommutator nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsfläche der Kohlenstoffsegmente (4) mit dem Trägerkörper (1) im Bereich der den Laufflächen abgewandten Stirnflächen (28, 28') der Kohlenstoffsegmente und der Erhebungen (27, 27') 50 bis 70 % der Lauffläche der Kohlenstoffsegmente beträgt.
Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Erstreckung der Übergangsbereiche (8) der Leitersegmente (3) in Umfangsrichtung nicht größer ist als die Erstreckung der Kontaktbereiche (7) in Umfangsrichtung.
Plankommutator nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Kontaktflächen (15) zwischen den Kontaktbereichen (7) der Leitersegmente (3) und den Kohlenstoffsegmenten (4) ein elektrisch leitendes Kontaktmaterial (16) aufgenommen ist.
Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffsegmente (4) an ihren radial äußeren Umfangsflächen jeweils von einem Preßstoffmantel (17) des Trägerkörpers (1) abgedeckt sind.
Plankommutator nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbereiche (6) der Leitersegmente (3) eine sich zumindest teilweise in Umfangsrichtung erstreckende Axialnut (32) aufweisen, in welche eine Rippe (33) des Preßstoffmantels (17) eingreift.
Plankommutator nach Anspruch 15 oder Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbereiche (6) der Leitersegmente (3) radial über die äußeren Umfangsflächen der Preßstoffmäntel (17) überstehen.
Plankommutator nach einem der Ansprüche 15 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen äußeren Umfangsflächen der Kohlenstoffsegmente (4) und den Preßstoffmänteln (17) jeweils formschlüssige Verbindungen bestehen.
Plankommutator nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssige Verbindung als Wellung (30) ausgebildet ist.
Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1) die radial inneren Umfangsflächen der Kohlenstoffsegmente (4) unter Bildung formschlüssiger Verbindungen überdeckt.
Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffsegmente (4) an ihren äußeren, den Leitersegmenten (3) zugewandten Umfangskanten gestuft ausgeführt sind.
Leiterrohling zur Verwendung bei der Herstellung eines Plankommutators nach Anspruch 1, umfassend eine Mehrzahl von um eine Achse herum angeordneten Leitersegmenten (3), die jeweils einen am Umfang des Leiterrohlings angeordneten, dickwandigen Anschlußbereich (6), einen stirnseitig angeordneten, ebenfalls dickwandigen Kontaktbereich (7) aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Anschlußbereich (6) und dem Kontaktbereich (7) ein gleichmäßig dünnwandiger Übergangsbereich angeordnet ist und (8) daß jeweils zwei Leitersegmente (3) über jeweils ein Brückenteil (21) miteinander verbunden sind und daß die gleichmäßig dünnen Übergangsbereiche (8) der Leitersegmente im wesentlichen in radialer Erstreckung zur Achse orientiert und entfernt von den Stirnflächen der Kontaktbereiche (7) an diese angeschlossen sind.
Leiterrohling nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenteile (21) zwischen den Anschlußbereichen (6) zweier benachbarter Leitersegmente (3) angeordnet sind.
Leiterrohling nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenteile (21) und die Anschlußbereiche (6) der Leitersegmente (3) dieselbe axiale Erstreckung aufweisen und längs ihrer gesamten axialen Erstreckung über Verbindungsstege (22) miteinander verbunden sind.
Leiterrohling nach Anspruch 24,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Verbindungsstege (22) erheblich geringer ist als die Wandstärke der Brückenteile (21).
Leiterrohling nach einem der Ansprüche 23 bis 25,
dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der radial inneren Umfangsflächen der Brückenteile (21) zur Kommutatorachse (2) gleich oder geringfügig größer ist als der Abstand der radial äußeren Umfangsflächen der Anschlußbereiche (6) der Leitersegmente (3) zur Kommutatorachse (2).
Leiterrohling nach einem der Ansprüche 22 bis 26,
dadurch gekennzeichnet, daß an den radial inneren Enden der Kontaktbereiche (7) der Leitersegmente (3) Ankerteile (13) vorgesehen sind, die im wesentlichen achsparallel von den Kontaktbereichen (7) abstehen.
Leiterrohling nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerteile (13) an ihrer radial äußeren Umfangsfläche Einkerbungen (14) aufweisen.
Leiterrohling nach einem der Ansprüche 22 bis 28,
dadurch gekennzeichnet, daß die Erstreckung der Übergangsbereiche (8) der Leitersegmente (3) in Umfangsrichtung nicht größer ist als die Erstreckung der Kontaktbereiche (7) in Umfangsrichtung.
Verfahren zur Herstellung eines Plankommutators nach Anspruch 1, umfassend die folgenden Schritte:

Herstellen eines Leiterrohlings umfassend eine Mehrzahl von Leitersegmenten (3), von denen jeweils zwei über ein Brückenteil (21) miteinander verbunden sind, wobei die Leitersegmente (3) jeweils einen am Umfang des Leiterrohlings angeordneten, dickwandigen Anschlußbereich (6), einen stirnseitig angeordneten, ebenfalls dickwandigen Kontaktbereich (7) und einen zwischen dem Anschlußbereich (6) und dem Kontaktbereich (7) angeordneten gleichmäßigen dünnwandigen Übergangsbereich (8), welcher sich im wesentlichem in radialer Richtung erstreckt aufweisen;

Herstellen einer Kohlenstoffringscheibe, die auf einer Stirnfläche (28) eine der Anzahl der Leitersegmente (3) des Leiterrohlings entsprechende Anzahl von rahmenartigen Erhebungen (27) aufweist;

Zusammenfügen des Leiterrohlings mit der Kohlenstoffringscheibe, wobei die Kontaktbereiche (7) der Leitersegmente (3) unter Herstellung elektrisch leitender Verbindungen an den von den rahmenartigen Erhebungen (27) umschlossenen Kontaktflächen (15) anliegen;

Einlegen des aus dem Leiterrohling und der Kohlenstoffringscheibe gebildeten Verbundteils in ein Spritzwerkzeug;

Anspritzen eines aus isolierendem Preßstoff bestehenden Trägerkörpers (1) an das Verbundteil in dem Spritzwerkzeug;

Entnehmen des aus dem Leiterrohling, der Kohlenstoffringscheibe und dem angespritzten Trägerkörper gebildeten Rohkommutators aus dem Spritzwerkzeug;

Öffnen der Brückenteile (21) ;

Einschneiden der Kohlenstoffringscheibe zwischen jeweils zwei Leitersegmenten (3) bis zum Trägerkörper zur Bildung der Kohlenstoffsegmente (4).
Verfahren nach Anspruch 30,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Kontaktbereichen (7) der Leitersegmente (3) und den Kohlenstoffsegmenten (4) durch Löten hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 oder 31,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hälften des Spritzwerkzeugs an zwei auf beiden Stirnseiten des Leiterrohlings angeordneten, ringförmig geschlossenen, jeweils in einer auf der Achse (2) senkrecht stehenden Ebene verlaufenden Dichtflächen (23, 24) dichtend anliegen.
Verfahren nach Anspruch 32,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dichtflächen (23, 24) einander gegenüberstehen.
Verfahren nach Anspruch 30,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen (15) der Kontaktbereiche (7) der Leitersegmente (3) vor dem Zusammenfügen des Leiterrohlings mit der Kohlenstoffringscheibe mit einer Rauhigkeit von 50 bis 150 µm bearbeitet und anschließend mit einer korrosionsbeständigen Metallbeschichtung versehen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 34,
dadurch gekennzeichnet, daß beim Schließen des Spritzwerkzeugs die Übergangsbereiche (8) des Leiterrohlings verformt werden.