EP1891713A1 - Plankommutator und verfahren zur herstellung eines plankommutators - Google Patents

Plankommutator und verfahren zur herstellung eines plankommutators

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EP1891713A1
EP1891713A1 EP06754290A EP06754290A EP1891713A1 EP 1891713 A1 EP1891713 A1 EP 1891713A1 EP 06754290 A EP06754290 A EP 06754290A EP 06754290 A EP06754290 A EP 06754290A EP 1891713 A1 EP1891713 A1 EP 1891713A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
segments
support body
tread
connection
terminal
Prior art date
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EP06754290A
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English (en)
French (fr)
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EP1891713B1 (de
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Ernst-Rudolf Hein
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.)
Kolektor Kautt und Bux GmbH
Original Assignee
Kolektor Kautt und Bux GmbH
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Publication date
Application filed by Kolektor Kautt und Bux GmbH filed Critical Kolektor Kautt und Bux GmbH
Publication of EP1891713A1 publication Critical patent/EP1891713A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1891713B1 publication Critical patent/EP1891713B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/06—Manufacture of commutators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/04—Commutators
    • H01R39/06—Commutators other than with external cylindrical contact surface, e.g. flat commutators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49009—Dynamoelectric machine
    • Y10T29/49011—Commutator or slip ring assembly

Definitions

  • the invention relates to a plan commutator, in particular a coal plan plug-in commutator, and a method for producing such a plan commutator.
  • plan commutators are used for example for fuel pumps.
  • the usually made of copper or copper-containing electrically conductive terminal segments in this medium do not have the required for continuous operation resistance.
  • tread segments are used for the tread of the plan commutator, which have a higher resistance to the medium surrounding the Plankommutator.
  • plan commutators are known, for example, from WO 97/03486 A1.
  • Formed connecting segments forming conductor blank For this purpose, the conductor blank is inserted into a corresponding shape and formed in the mold with a mass forming the support body. Subsequently, a carbon ring disk forming the tread segments is applied to the Soldered conductor blank and then separated into tread segments. Plankommutators produced in this way meet high quality requirements, but the production process is correspondingly expensive and therefore expensive.
  • a method for producing a flat commutator in which the exposed by the parts of the carrier body surfaces of the metallic segment support members are coated with a against the environment, for example, against fuels, resistant layer.
  • the terminal segments have a terminal portion for connection of one end of a coil winding and a contact portion for electrical connection with the
  • connection segment on After insertion of the connection segments in the support body, the connection sections are bent at right angles and parallel to the plane of the tread. Subsequently, a carbon-containing disc is applied to the bent connection sections, which is separated by separating cuts and thereby forms the tread segments.
  • the carbonaceous disk is composed of two layers which are joined together by cold pressing.
  • the first layer associated with the terminal segments contains a binder. When applied to the terminal segments under the action of heat, the binder softens and the first layer flows with simultaneous pressure in openings of the terminal segments and the support body and anchored thereby the carbon-containing disc on the support body.
  • the invention is therefore based on the problem to provide a plan commutator and an associated manufacturing method, which overcome the disadvantages of the prior art, in particular are less expensive and yet ensure sufficient resistance of the manufactured commutators in a reaction-promoting environment.
  • plan commutators in contrast to so-called drum commutators, the running surface for the commutator brushes is formed by a flat end face. Accordingly, the structural design of plan commutators differs from the construction of drum commutators.
  • the planar commutator according to the invention has a support body made of an electrically insulating material, for example of a thermosetting plastic. On the support body, a plurality of terminal segments are arranged, which are provided for the connection of at least one end of a coil winding, for example a rotor of an electric motor, and which consist of a highly electrically conductive material, for example copper or a copper alloy. To increase the resistance of the tread of the
  • the support body openings in which the
  • Terminal segments are inserted.
  • the support body is made as a separate part before inserting the terminal segments with its the openings for receiving the terminal segments having shape.
  • the support body can be produced in a simplified manner with high dimensional accuracy, for example also by an injection molding process.
  • the production-technically very complicated encapsulation of the connection segments eliminates the formation of the support body.
  • the support body is preferably formed in one piece and forms in particular the openings for the insertion of the terminal segments, the contact surfaces for the prefabricated tread segments, and contact surfaces for those portions of the terminal segments on which the coil winding is connected in one piece.
  • the connection segments are also preferably formed in one piece; in particular, the connection segments form both the contact surfaces facing the tread segments and the contact surfaces for the coil winding in one piece.
  • connection segments can be inserted into the support body, numerous advantages are guaranteed. This eliminates the need to manufacture a conductor blank forming the terminal segments. In addition, such a conductor blank must not be fed to an injection molding machine for injection molding of the support body. Furthermore, it is advantageous that the connection segments are no longer over the entire surface surrounded by the supporting body forming the molding material, so that the different thermal expansion coefficients of the material of the connection segments and the material of the support body do not cause thermally induced stresses more.
  • the tread segments are mechanically fixed and electrically connected to the terminal segments. This compound can be done for example by a soft solder, a braze or an adhesive.
  • the tread segments can be individually set to the respective terminal segments, or be set in a composite, for example in the form of a disc or washer on the terminal segments and then separated by separating cuts. Due to the mechanically fixed connection with the tread segments, the connection segments are mechanically fixed to the plan commutator.
  • connection segments may also already be fixed solely on the basis of a clamping effect of the support body, wherein this clamping effect may be caused by an at least section-wise excess of the support body with respect to the connection segment. If necessary, can also be improved by an additional connection means, for example by an adhesive, the determination of the connection segments on the support body. In any case, the definition of the segments on the support body is at least further improved by the connection of the tread segments with the connection segments in the direction of the stress during operation of the planar commutator.
  • the tread segments have opposite the terminal segments, in particular with respect to the tread segments facing the end of the terminal segments, an obliquely or transversely to the insertion extending supernatant, by means of which the composite of tread segment and terminal segment is anchored to the support body. As a result, the composite is in particular secured against displacement in the insertion direction.
  • the projection can also be formed, at least partially, by a connection means connecting the tread segment to the connection segment, for example by a solder.
  • a connection means connecting the tread segment to the connection segment, for example by a solder.
  • the tread segments lie in the region of the projection at least in sections on the support body, so that the support body itself forms an abutment for the axial fixation of the connection segments.
  • the openings in the support body for receiving the connection segments extend at least partially parallel to an axis of the support body, preferably the openings extend parallel to a longitudinal axis of the support body, which preferably coincides with the axis of rotation of the planar commutator.
  • the openings in the support body are open at least in sections to the circumferential surface of the planar commutator, in particular in the section in which the connection segment forms a preferably radially projecting connection means for connecting the coil winding.
  • the openings for receiving the connection segments extend in the radial or tangential direction with respect to the support body.
  • connection means for example a solder or an adhesive
  • the connecting means preferably already alone, in particular in conjunction with the associated tread segment forms an anchoring of the connection segment to the support body.
  • connection segments In the region of the transition from the terminal segment to the associated tread segment widens in a funnel shape due to the effective surface tension, as is the case for example with solder and adhesive joints. This also reliably prevents the entry of the medium surrounding the planar commutator into the region of the connection segments, thereby protecting the connection segments against corrosion.
  • the connecting means not only axially engage the terminal segment, but also at least partially surround this in the circumferential direction, whereby the joining action is improved.
  • the connecting means itself form a kind of tie rod and secure the connection segment against axial displacement.
  • the terminal segments have a head portion and a foot portion, which are connected to each other via a connecting portion.
  • the associated opening in the support body has at least partially an excess, for example, such that between the Head portion and the foot portion lying part of the support body is placed under compressive stress, and / or - depending on the dimensions of the terminal segments - the connecting portion of the terminal segment is placed under tension.
  • the voltage applied to the support body usually opposing surfaces of the head portion and the foot portion include an angle of less than 90 °, because then the stresses occurring in the support body due to the clamping of the terminal segment largely compensate, in particular these stresses substantially in the radial direction with respect to the longitudinal axis of the Plankommutators, and thereby the Plankommutator even in continuous operation under high stress has a stable support body.
  • connection segments are designed as identical parts, in particular as punched or impact parts, or they are made in the simplest case by cutting to length of a corresponding profile.
  • the vote of the geometric dimensions of the connection segment with respect to the associated opening in the support body is particularly advantageous that a fine adjustment of these dimensions of the connection segment can be brought about with little effort by adjusting the punch. As a result, the requirements for dimensional accuracy of the support body are reduced, which significantly simplifies its manufacturing process.
  • the terminal segments may have a coating at least in the region of the connection with the tread segments.
  • the material of the coating is preferably adapted to the material of the connecting means, for example, the connection segments in the case a solder joint coated at least in the region of the connection with the tread segments, generally over the entire surface, with tin or a material corresponding to the solder layer.
  • the tread segments are made of a material which has a higher resistance to the medium surrounding the Plankommutator than the terminal segments.
  • the material of the tread segments is carbonaceous, wherein both a so-called soft carbon and a hard coal can be used.
  • the tread segments preferably have a coating on their portions facing the connection segments, by means of which the connection is further improved.
  • the invention also relates to a method for producing a planar commutator, in which the support body is made of an electrically insulating material separately, as well as the terminal segments, which are inserted into the openings of the support body. Subsequently, the setting of the tread segments, which form the tread of the flat commutator.
  • the tread segments can already be isolated and each individually fixed to the associated terminal segment, or in the composite, for example in the form of an annular disc, are fixed to the terminal segments and then separated by separating cuts.
  • FIG. 2 shows a view of a cross section through a flat commutator according to the invention
  • FIG. 3 shows a plan view of the flat commutator
  • FIG. 4 shows a side view of a flat commutator according to the invention
  • Fig. 5 shows a section through a first embodiment of
  • Fig. 6 shows a section through a second embodiment of
  • Fig. 7 shows a section through a third embodiment of
  • Fig. 8 shows a perspective view of a second
  • FIG. 10 shows a section along X-X in FIG. 9, FIG.
  • FIG. 11 shows a second embodiment of a plan commutator in side view
  • Fig. 12 shows the plan view of the plan commutator of Fig. 1 1
  • Fig. 13 shows the plan commutator of Fig. 1 1 in the assembled
  • FIG. 14 shows the plan view of the plan commutator of FIG. 13, and FIG. 15 shows a further embodiment of a support body 502.
  • Fig. 1 shows a cross section through a known from the prior art Plankommutator.
  • the plan commutator 1 has a support body 2 made of an electrically insulating material.
  • the support body 2 has a longitudinal axis 4, which coincides with the axis of rotation of the plan commutator 1.
  • the planar commutator 1 may be axisymmetric to the longitudinal axis 4.
  • the flat commutator 1 in particular the support body 2 forms an opening 6 for the passage of an axis of an electric motor.
  • the support body 2 is integrally formed on the terminal segments 8, the radially outside have a bent hook 10 for the connection of at least one end of a coil winding.
  • the running surface 14 of the flat commutator 1 is formed by tread segments 12 which are mechanically fixed and electrically conductively connected to the terminal segments 8.
  • Radially on the outside, the terminal segments 8 form a peripheral surface 16, from which the hooks 10 are bent.
  • the further details of the planar commutator 1 can be taken from WO 97/03486 A1.
  • FIG. 2 shows a view of a cross section through a flat commutator according to the invention, which results in a section corresponding to M-II in FIG.
  • the terminal segments 108 have a head portion 108a and a foot portion 108c which are connected to each other via a connecting portion 108b. Shown in FIG. 2 is the region of a (not shown) tread segment, which is approximately congruent in its contour with the truncated surface of the support body 102.
  • the support body 102 has a plurality of Circumferentially distributed regularly arranged openings 118, in which the terminal segments 108 can be inserted. The insertion takes place preferably in the direction parallel to the longitudinal axis of the plane commutator 101, which is perpendicular to the plane of the drawing of FIG.
  • the opening 118 has an oversize in the circumferential direction. As a result, it is reliably prevented that, due to tolerances in the production, a corresponding undersize of the opening 118 may occur, as a result of which compressive stresses running in the circumferential direction would be introduced into the carrier body 102
  • the opening 118 has an excess with respect to the radial extent of the connecting portion 108b. so that in these areas the connection segment 108 is in contact with the contact surfaces formed by the opening 118 and, in particular, on these surfaces, the force introductions indicated by the arrows 120 in FIG. 2 take place.
  • connection segment 108 acts as
  • the expansion is preferably still within the elastic limit of the terminal segment 108, for example by an amount between 5 and 50 microns.
  • the opening 118 in the region of the connecting portion 108b in the circumferential direction to an excess, so that no pressure forces in the circumferential direction are introduced into the molded body 102 at this point.
  • the angle 122 enclosed by the mutually facing end faces of the radially outer region of the foot section 108c and the radially inner region of the head section 108a is less than 90 °, preferably between 30 ° and 60 °, in particular approximately 50 °, and between 4 ° in the illustrated embodiment and 30 °, in particular about 15 °.
  • This acute angle ensures that the compressive stresses introduced by the connecting segment 108 into the carrier body 102 due to the expansion of the connecting section 108b substantially compensate one another, in particular a negligibly small resulting pressure component remains in the circumferential direction.
  • plan commutator 101 In the plan commutator 101 according to the invention are the
  • Connection segments 108 and the support body 102 are therefore brought together substantially stress neutral.
  • connection segments 108 are preferably inserted in the axial direction in the support body 102, wherein the insertion is basically possible from both end sides of the support body 102 ago. In many cases, however, an insertion of the side facing away from the tread segments 112 of the support body 102 is preferred.
  • the profiling of the connection segments 108 thereby enables an automatic centering of the connection segments 108 in the support body 102, so that the supply and insertion of the connection segments 108 are very well automated can be.
  • the support body 102 forms close to the Tread segments 1 12 facing end of the terminal segments 108 from a widening, which can serve to receive a connection means for the connection between terminal segment 108 and tread segment 112.
  • FIG. 3 shows a plan view of the flat commutator 101, in particular of the support body 102, wherein - in so far as in accordance with FIG. 2 - only in the opening 118 in the three o'clock position, a connection segment 108 is inserted. The remaining, a total of eight openings 118 are not yet equipped with connection segments 108 in the illustrated state of the plan commutator 101.
  • the tread segments 112 are also not yet arranged, the contour of which, however, is indicated by the dashed lines 126.
  • the head regions 108a extend with their radially outer contour corresponding to the outer contour of the support body 102 and thus form sections of a flush circumferential surface 116 of the planar commutator 101.
  • connection segment 108 shown in the upper half of the picture in the view is plugged into the support body 102 by clamping.
  • the head portion 108a integrally forms a male or female terminal 108d for connecting at least one coil winding.
  • the head section 108a may also be bent in a hook-shaped manner in this area (see Fig. 1), or have a cutting / clamping connection cutting through the insulation of the coil connection winding, or else a solder connection for the Soldering the coil winding. Both for a possible bending as well as for fixing the coil terminal winding, it is advantageous that the connection segment 108 is already sufficiently firmly connected to the support body 102 in the illustrated inserted state.
  • the opening 118 in the support body 102 has a first widening 124 and a second widening 128.
  • the second widening 128 serves for the possibly also positive reception of the tread segments 112 and can, for example, if the tread segments 1 12 are present in the composite, for example in the form of an annular disc, also in an annular second widening 128.
  • the first widening 124 is preferably provided individually to the respective terminal segment 108, and may for example be circular.
  • the radially bounded by the first expansion 124 space may form a receiving space for a connecting means for connecting the terminal segment 108 with the tread segment 1 12. It is particularly advantageous in this
  • connection when the terminal segment 108 in the axial direction, ie in the direction parallel to the longitudinal axis 104, protrudes with its the tread segment 112 facing the end in the region of the first expansion 124.
  • the connecting means can not only create a flat against the axial end face of the terminal segment 108, but also overlap it like a cap and also cause an additional seal between the terminal segment 108 and the support body 102.
  • the terminal segment 108 at least at its the tread segment end facing a mechanical Compound and / or electrical contacting improving coating.
  • the tread segments may be multi-layered, in particular present as a multi-layered disc prior to segmentation.
  • the multi-layer disc may comprise a carbon layer or carbonaceous layer forming the tread, and another layer facing the terminal segments and having at least one metallic constituent, for example copper, tin, brass or alloys thereof.
  • the further layer serves in particular to improve the electrical and / or mechanical connection to the terminal segments.
  • the multi-layered disc can be produced by a sintering process. Alternatively, a coating of the disc can also take place after the shaping process.
  • FIG. 5 shows a section through a first embodiment of the connection between terminal segment 108 and tread segment 112.
  • the peculiarity of this first embodiment is, inter alia, that the terminal segment 108 when inserted into the support body 102 against a stop, an abutment, a mandrel or the like has been pressed so that a in the first expansion 124 inside extending, in particular radial projection results, which already ensures a secure axial anchoring of the terminal segment 108 in the support body 102, in particular by the engagement of the terminal segment in the undercut formed by the first expansion 124.
  • This anchoring is reinforced by the mechanically strong and electrically conductive connection of the terminal segment 108 with the tread segment 112, wherein this connection takes place in the illustrated first embodiment by means of an electrically conductive adhesive layer 130.
  • the adhesive layer 130 not only adjoins the end face of the terminal segment 108 and the corresponding end face of the tread segment 112, but also fills the area of the first widening 124 in the radial direction, so that a seal and in particular complete coverage of the first widening is provided by the adhesive layer 130 Connection segment 108 is ensured. It is also possible to glue the connection segments 108 themselves to the support body 102.
  • a first difference from the first exemplary embodiment is the type of connecting layer, which is a solder layer 132 due to the surface tension acting in this second exemplary embodiment has a funnel-shaped widening in the direction of the tread segment 112 and in this way, and in particular without the need for a spreading of the connection segment 108, provides for a radial engagement in the region of the first expansion 124 and thus for the formation of a tie rod with respect to an axial Movability of the terminal segment 108.
  • a further special feature of the second embodiment is the type of shaping of the front end of the support body 102.
  • the corresponding tread segments 112 are formed correspondingly step-like and engage behind with their terminal segments 108 facing the end of the first and / or second nose 134, 136 of the second expansion 128.
  • the corresponding shape of the tread segments 1 12 can either are already provided in the shaping production or, for example, in the case of attaching the tread segments 112 in the composite in the form of an annular disc, are provided by turning such an annular disc.
  • the latching fixing the tread segment 112 on the support body 102 offers the case anyway Advantage of a pre-fixing, which ensures that the tread segment 112 is in the correct position with respect to the associated terminal segment 108 and remains in a subsequent gluing or soldering.
  • the tread segment 112 can also be held in a particularly planar contact with the support body by latching fixing.
  • an additional sealing means may be inserted in the annular gap formed between the tread segments 112 and the support body 102, for example also an adhesive layer to prevent aggressive media from entering these areas ,
  • FIG. 7 shows a third embodiment of a connection between the terminal segments 108 and the tread segments 112.
  • a first difference with respect to the other two exemplary embodiments is that the connection layer 138 between terminal segments 108 and tread segments 112 substantially completely fills the space of the first widening 124 and thereby also an absolutely reliable sealing of the support body 102 relative to the terminal segments 108 forms.
  • the support body 102 at its axial end in the region of the second widening 128, although in turn a taper to form the annular or partially annular, possibly even punctiform lugs 134, 136 provides that in terms of their dimensions even identical to those of the second embodiment of FIG. 6, but that the dimension of the tread segment 112 is less than the clear width of the second widening 128 determined by the two lugs 134, 136 when inserting the tread segment 112 in the second widening 128 not to a clipping, but the tread segment 112 can be loosely inserted.
  • Tread segment 112 and the support body 102 for example, filled with a curable composition, in particular an adhesive, this results in the annular gap fills, preferably annular securing body 140, which ensures a positive fixing of the tread segments 1 12 on the support body 102 due to its shape and due to the Cooperation with the contour of the support body 102, in the embodiment of Fig. 7 with the first and / or second nose 134, 136, and with the contour of the tread segment 112th
  • the connecting layers 130, 132, 138 form a wreath extending into the first widening 124, funnel, or other anchor element, through which the terminal segment 108 and thus also the tread segment 12 are formed axially permanently fixed to the support body 102 in the axial direction.
  • FIG. 8 shows a perspective view of a second exemplary embodiment of a carrier body 202.
  • a first difference from the carrier body 102 of the first exemplary embodiment is the essentially trapezoidal cross-sectional contour of the opening 218 for the connection segments.
  • the first expansion 224 in the plan view is circular and covers in the illustrated second Embodiment, the entire opening 218 from.
  • the first widening 224 in turn forms a depot space for a connecting means.
  • the support body 202 has eight openings 218 for connection segments.
  • the second widening 228 is bounded radially on the outside by an outer ring 242 formed integrally by the supporting body 202 and radially inwardly by an inner ring 244 formed integrally by the supporting body 202. Both the outer ring 242 and the inner ring 244 are formed by ring segments 242a, 242b, the respective ones
  • Tread segments are assigned. Between adjacent ring segments 242a, 242b, a respective recess 242c is provided whose extent in the circumferential direction is greater than the tool width for segmenting the tread segments. In this way it is possible that in the composite, for example as an annular disc, on the
  • Support body 202 and the associated terminal segments fixed tread segments to separate by separating cuts, without having to sever the outer and / or inner ring land 242, 244. This significantly increases the service life of the cutting tool.
  • a higher separation speed can be achieved because a break of the outer ring 242 and / or the inner ring 244 no longer has to be prevented by reducing the separation speed.
  • Another special feature of the support body 202 is that even in the contact surface 246 of the support body 202 recesses for the
  • Segmentation of the annular disc are provided, in particular radially extending grooves 248, which are aligned with the corresponding recesses 242c in the outer ring 242 and inner ring 244.
  • the depth of these grooves 248 is chosen so that a safe separation of the annular disc is ensured without being sawn into the support body. If these grooves 248 are still filled with a preferably electrically non-conductive adhesive, not only an additional connection of the tread segments is ensured with the support body 202, but also reliably prevents breakage of the usually carbon-containing tread segments during cutting.
  • a so-called soft charcoal can be used for the tread segments, i. a plastic-bonded coal whose exact composition can be chosen in coordination with the associated commutator brushes.
  • the support body 202 recesses 216a, which serve to receive the terminal segments, in particular for that portion of the terminal segments, which is provided for the connection of the coil windings.
  • the first widening 124 can be used as a kind of storage space for such a connection means.
  • the tread segment 112 may be correspondingly coated, for example tinned, at least on the surface facing the connection segment 108, if appropriate also over the entire surface.
  • FIG. 9 shows a plan view of a particular exemplary embodiment of the tread segments, namely in the form of a pre-segmented tread plate 350.
  • FIG. 10 shows a section along XX in FIG. 9.
  • Such a tread plate 350 may be segmented by radial cuts into the individual tread segments 312a, 312b.
  • this segmentation is formed by radial grooves 352 already formed in the shaping of the tread plate 350
  • the depth of the grooves 352 extends, as shown in particular in the cross section in Fig. 10, only to about half the thickness of the tread 350. In particular, remains in the region of the tread 350, which faces away from the support body, a
  • Connecting ring 354 which connects the individual tread segments 312a, 312b together.
  • handling or tool engagement surfaces 356 are provided by means of which the tread plate 350 can be mechanically and automatically fed to the respective support body.
  • the tool engagement surfaces 356 can be distributed uniformly in the circumferential direction, in particular in each case in the region of the tread segments 312a, 312b.
  • the tread plate 350 forms projections 358 which, with regard to their number and / or arrangement, can be adapted to the arrangement of the tread segments 312a, 312b.
  • these projections 358 may be adapted in their shape and arrangement to the provided on the support body 202 first widening 224, in particular engage in this form-fitting manner. This ensures a simplified positioning of the tread plate 350 on the support body 302.
  • Tread 350 are turned off at its exposed flat surface to a height which is indicated in Fig. 10 by the dotted line 360. As a result, the twisting takes place into the region of the grooves 352, so that the tread segments 312a, 312b are singulated thereby. The making of cuts is therefore no longer necessary.
  • Fig. 1 1 shows a second embodiment of a flat commutator 401 in the side view, in the not yet assembled state.
  • the support body 402 is shown partially in section in the upper half of the picture and in the lower half of the image in the view. In the lower half of the support body 402 is also shown with inserted terminal segments 408.
  • terminal segment 408 in particular its head portion 408a, preferably integrally forming a collar 408e, at least partially forms the outer ring 242 formed in the embodiment of FIG. 8 by the support body 202.
  • a radially outer side protection for the tread segment 412 is formed and / or a contact surface for positioning and aligning the
  • connection segment 408 can be additionally fixed when welding the coil winding, in particular in the radial direction.
  • connection segment 408 can be inserted from the side of the support body 402 facing the tread segments 412. The insertion of the terminal segments 408 takes place until it abuts against associated abutment surfaces 462 of the support body 402, which preferably include a right angle with the longitudinal axis 404.
  • the tread segments 412 have, on their surface 464 facing the connection segments 408, a coating, for example of tin, copper or brass, by means of which a secure mechanical and electrical connection to the connection segments 408 is ensured.
  • FIG. 12 shows the plan view of the embodiment of FIG. 11.
  • the collar 408e is arcuate in plan view with respect to the longitudinal axis 404 with an arc angle of about half the arc angle of a tread segment 412; in the illustrated
  • the arc angle of the collar 408e is about 20 °.
  • FIG. 13 shows the plan commutator 401 of FIG. 11 in the assembled state in side view.
  • a circular recess 466 in the illustrated embodiment is provided (Fig. 11), which forms a depot space for the connecting means for connecting the terminal segment 408 with the associated tread segment 412.
  • the collar 408e axially projects beyond the exposed planar surface of the tread segment 412.
  • the terminal segments 408, the tread segments 412 and the support body 402 are flattened to form the tread 414 of the planar commutator 401st
  • the collar 408e has no axial projection over the exposed planar surface of the tread segment 412, but is recessed from the planar surface or even from the tread 414, in particular recessed one tenth of a millimeter from the tread 414.
  • no material of the collar 408e has to be removed, which simplifies the process of facing, for example.
  • the tread segments 412 in the laminated structure have a thickness of about 2.5 mm, which is reduced to about 2 mm by facing.
  • the axial length of the collar 408e is typically between 1, 5 and 1.8 mm.
  • the support body 402 may comprise ring segments 444a forming the inner ring, which axially have a projection over the exposed planar surface of the tread segments 412.
  • these ring segments at their front end a chamfer (see also Fig. 15), by the insertion of the tread segments 412 is simplified.
  • Disc assembly are used, is reliably prevented by the axial projection of the ring segments 444a tilting of the disc on the collar 408e and thus the risk of damage to the disc.
  • Fig. 15 shows a further embodiment of a support body 502.
  • the openings 518 adapted to receive terminal segments the foot portion has approximately the shape of a dragon quadrangle, wherein the radially inside tip of the dragon quadrangle is flattened and the radially outboard tip of the kite quadrant transitions into the opening for the connecting section.
  • the angle enclosed by the facing surfaces of the radially outer region of the foot portion and the radially inner region of the head portion of the terminal segments is between 30 and 60 °, in particular about 50 °.
  • the first expansion 524 is adapted to the cross-sectional shape of the foot portion of the connection segments and in the illustrated embodiment, in particular pentagonal.
  • the overlap of the first expansion 524 with respect to the opening 518 in the circumferential direction is relatively small or even vanishing in the region of the radial boundary lines of the cross-sectional shape of the opening 518.
  • a protrusion anchoring the connection segment in the support body 502 is given in particular radially on the inside and radially outside to the other boundary lines of the cross-sectional shape of the opening 518.
  • the ring segments 544a forming the inner ring have at their front end a radially outwardly directed chamfer 544b which facilitates insertion of the running surface segments (not shown in FIG. 15).
  • the ring segments 542a forming the outer ring can also have a radially inwardly directed chamfer.

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Description

Plankommutator und Verfahren zur Herstellung eines Plankommutators
Die Erfindung betrifft einen Plankommutator, insbesondere einen Kohleplan-Steckkommutator, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Plankommutators.
Derartige Plankommutatoren werden beispielsweise für Kraftstoffpumpen eingesetzt. Die üblicherweise aus Kupfer bestehenden oder kupferhaltigen elektrisch leitfähigen Anschlusssegmente weisen in diesem Medium nicht die für einen Dauerbetrieb erforderliche Resistenz auf. Aus diesem Grund werden für die Lauffläche des Plankommutators Laufflächensegmente eingesetzt, die eine höhere Resistenz gegenüber dem den Plankommutator umgebenden Medium aufweisen.
Derartige Plankommutatoren sind beispielsweise aus der WO 97/03486 A1 bekannt. Dabei wird ein die Nabe für den Kommutator bildender Tragkörper aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff an einen die
Anschlusssegmente bildenden Leiterrohling angeformt. Hierzu wird der Leiterrohling in eine entsprechende Form eingelegt und in der Form mit einer den Tragkörper bildenden Masse ausgeformt. Anschließend wird eine die Laufflächensegmente bildende Kohlenstoffringscheibe auf den Leiterrohling aufgelötet und anschließend in Laufflächensegmente vereinzelt. Derart hergestellte Plankommutatoren erfüllen hohe Qualitätsanforderungen, das Herstellverfahren ist aber dementsprechend aufwendig und damit kosten intensiv.
Aus der DE 199 26 900 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Plankommutators bekannt, bei dem die durch das Teilen der Trägerkörpers freiliegenden Flächen der metallischen Segmenttragteile mit einer gegen die Umgebung, beispielsweise gegen Kraftstoffe, resistenten Schicht beschichtet werden.
Aus der EP 1 363 365 A1 ist ein Kommutator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Die Anschlusssegmente weisen einen Anschlussabschnitt für den Anschluss eines Endes einer Spulenwicklung und einen Kontaktabschnitt für die elektrische Verbindung mit dem
Laufflächensegment auf. Nach dem Einstecken der Anschlusssegmente in den Tragkörper werden die Anschlussabschnitte rechtwinklig und parallel zur Ebene der Lauffläche abgebogen. Anschließend wird auf die abgebogenen Anschlussabschnitte eine kohlenstoffhaltige Scheibe aufgebracht, die durch Trennschnitte vereinzelt wird und dadurch die Laufflächensegmente bildet. Die kohlenstoffhaltige Scheibe ist aus zwei Schichten zusammengesetzt, die durch Kaltpressen miteinander verbunden sind. Die erste, den Anschlusssegmenten zugeordnete Schicht enthält ein Bindemittel. Beim Aufbringen auf die Anschlusssegmente unter Wärmeeinwirkung weicht der Binder auf und die erste Schicht fließt unter gleichzeitiger Druckeinwirkung in Öffnungen der Anschlusssegmente und des Tragkörpers und verankert dadurch die kohlenstoffhaltige Scheibe an dem Tragkörper. Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, einen Plankommutator und ein zugehöriges Herstellverfahren bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwinden, insbesondere kostengünstiger sind und dennoch eine ausreichende Resistenz der hergestellten Kommutatoren in einer reaktionsfördemden Umgebung gewährleisten.
Das Problem ist durch den im Anspruch 1 bestimmten Plankommutator sowie durch das in dem nebengeordneten Anspruch bestimmte Herstell verfahren gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.
Bei Plankommutatoren wird im Gegensatz zu so genannten Trommelkommutatoren die Lauffläche für die Kommutatorbürsten von einer planen Stirnfläche gebildet. Dementsprechend ist der konstruktive Aufbau von Plankommutatoren unterschiedlich gegenüber dem Aufbau von Trommelkommutatoren.
Der erfindungsgemäße Plankommutator weist einen Tragkörper aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff auf, beispielsweise aus einem duroplastischen Kunststoff. An dem Tragkörper sind eine Vielzahl von Anschlusssegmenten angeordnet, die für den Anschluss von jeweils mindestens einem Ende einer Spulenwicklung beispielsweise eines Rotors eines Elektromotors vorgesehen sind, und die aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff bestehen, beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Zur Erhöhung der Resistenz der Lauffläche des
Kommutators gegenüber dem den Kommutator umgebenden Medium weist der Plankommutator darüber hinaus eine Vielzahl von Laufflächensegmenten auf, die gemeinsam die plane Lauffläche des Plankommutators bilden, wobei die Anzahl der Laufflächensegmente in der Regel der Anzahl der Anschlusssegmente entspricht, insbesondere identisch mit dieser ist oder einen ganzzahligen Bruchteil oder ein ganzzahliges Vielfaches davon beträgt.
Erfindungsgemäß weist der Tragkörper Öffnungen auf, in welche die
Anschlusssegmente eingesteckt sind. Eine Besonderheit liegt darin, dass der Tragkörper als separates Teil vor dem Einstecken der Anschlusssegmente mit seiner die Öffnungen für die Aufnahme der Anschlusssegmente aufweisenden Form hergestellt ist. Dadurch kann der Tragkörper vereinfacht mit hoher Maßhaltigkeit hergestellt werden, beispielsweise auch durch ein Spritzgießverfahren. Insbesondere entfällt das fertigungstechnisch sehr aufwändige Umspritzen der Anschlusssegmente unter Bildung des Tragkörpers.
Der Tragkörper ist vorzugsweise einstückig ausgebildet und bildet insbesondere die Öffnungen für das Einstecken der Anschlusssegmente, die Anlageflächen für die vorgefertigten Laufflächensegmente, und Anlageflächen für jene Abschnitte der Anschlusssegmente auf, an denen die Spulenwicklung angeschlossen wird, einstückig aus. Auch die Anschlusssegmente sind vorzugsweise einstückig ausgebildet, insbesondere bilden die Anschlusssegmente sowohl die den Laufflächensegmenten zugewandten Kontaktflächen als auch die Anschlussflächen für die Spulenwicklung einstückig aus.
Dadurch, dass die Anschlusssegmente in den Tragkörper einsteckbar sind, sind zahlreiche Vorteile gewährleistet. So entfällt das Erfordernis der Herstellung eines die Anschlusssegmente bildenden Leiterrohlings. Außerdem muss ein solcher Leiterrohling auch nicht mehr einer Spritzgießmaschine zum Anspritzen des Tragkörpers zugeführt werden. Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Anschlusssegmente nicht mehr ganzflächig von dem den Tragkörper bildenden Pressstoff umgeben sind, sodass die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Werkstoffes der Anschlusssegmente und des Werkstoffes des Tragkörpers keine thermisch induzierten Spannungen mehr hervorrufen.
Die Laufflächensegmente sind mit den Anschlusssegmenten mechanisch fest und elektrisch leitend verbunden. Diese Verbindung kann beispielsweise durch ein Weichlot, ein Hartlot oder auch einem Klebstoff erfolgen. Die Laufflächensegmente können dabei einzeln an den jeweiligen Anschlusssegmenten festgelegt werden, oder in einem Verbund, beispielsweise in Form einer Scheibe oder Ringscheibe an den Anschlusssegmenten festgelegt werden und anschließend durch Trennschnitte vereinzelt werden. Durch die mechanisch feste Verbindung mit den Laufflächensegmenten sind die Anschlusssegmente an dem Plankommutator mechanisch festgelegt.
Die Anschlusssegmente können auch bereits allein aufgrund einer Klemmwirkung des Tragkörpers festgelegt sein, wobei diese Klemmwirkung durch ein mindestens abschnittsweises Übermaß des Tragkörpers in Bezug auf das Anschlusssegment hervorgerufen sein kann. Soweit erforderlich, kann auch durch ein zusätzliches Verbindungsmittel, beispielsweise durch einen Klebstoff, die Festlegung der Anschlusssegmente an dem Tragkörper verbessert sein. In jedem Fall wird durch die Verbindung der Laufflächensegmente mit den Anschlusssegmenten die Festlegung der Segmente an dem Tragkörper jedenfalls in Richtung der Beanspruchung während des Betriebs des Plankommutators weiter verbessert. Die Laufflächensegmente weisen gegenüber den Anschlusssegmenten, insbesondere gegenüber dem den Laufflächensegmenten zugewandten Ende der Anschlusssegmente, einen schräg oder quer zur Einsteckrichtung sich erstreckenden Überstand auf, mittels dem der Verbund aus Laufflächensegment und Anschlusssegment an dem Tragkörper verankert ist. Dadurch ist der Verbund insbesondere gegenüber einer Verschiebung in Einsteckrichtung gesichert.
Der Überstand kann mindestens teilweise auch durch ein das Laufflächensegment mit dem Anschlusssegment verbindendes Verbindungsmittel gebildet sein, beispielsweise durch ein Lot. Vorzugsweise liegen die Laufflächensegmente im Bereich des Überstandes mindestens abschnittsweise an dem Tragkörper an, so dass der Tragkörper selbst ein Widerlager für die axiale Fixierung der Anschlusssegmente bildet.
Die Öffnungen im Tragkörper für die Aufnahme der Anschlusssegmente verlaufen mindestens teilweise parallel zu einer Achse des Tragkörpers, vorzugsweise erstrecken sich die Öffnungen parallel zu einer Längsachse des Tragkörpers, die vorzugsweise mit der Rotationsachse des Plankommutators zusammenfällt. Die Öffnungen im Tragkörper sind mindestens abschnittsweise zur Umfangsfläche des Plankommutators hin offen, insbesondere in dem Abschnitt, in dem das Anschlusssegment ein vorzugsweise radial abstehendes Anschlussmittel für den Anschluss der Spulenwicklung ausbildet. In einer alternativen Ausführungsform verlaufen die Öffnungen zur Aufnahme der Anschlusssegmente in radialer oder tangentialer Richtung in Bezug auf den Tragkörper.
Im Bereich des den Laufflächensegmenten zugewandten Endes der Anschlusssegmente weisen die Öffnungen im Tragkörper eine Aufweitung auf. Diese Aufweitung bildet vorzugsweise einen Aufnahmeraum für ein Verbindungsmittel, beispielsweise ein Lot oder einen Klebstoff, zum Verbinden der Anschlusssegmente mit den Laufflächensegmenten. Nach dem Aushärten bildet das Verbindungsmittel vorzugsweise bereits allein, insbesondere in Verbindung mit dem zugehörigen Laufflächensegment eine Verankerung des Anschlusssegmentes an dem Tragkörper.
Dies gilt insbesondere dann, wenn sich das Verbindungsmittel im Bereich des Übergangs von dem Anschlusssegment zu dem zugehörigen Laufflächensegment aufgrund der wirksamen Oberflächenspannung trichterförmig aufweitet, wie dies beispielsweise bei Lot- und Klebeverbindungen der Fall ist. Dadurch wird außerdem der Eintritt des den Plankommutator umgebenden Mediums in den Bereich der Anschlusssegmente zuverlässig verhindert und dadurch die Anschlusssegmente gegen Korrosion geschützt.
Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Anschlusssegmente im eingesteckten Zustand mit ihrem den Laufflächensegmenten zugewandten Ende in den Bereich der Aufweitung hineinragen. In diesem Fall kann das Verbindungsmittel nicht nur axial an dem Anschlusssegment angreifen, sondern dieses auch in Umfangsrichtung mindestens teilweise umgreifen, wodurch die Fügewirkung verbessert ist. Dadurch kann das Verbindungsmittel selbst eine Art Zuganker bilden und das Anschlusssegment gegen axiales Verschieben sichern.
Die Anschlusssegmente weisen einen Kopfabschnitt und einen Fußabschnitt auf, die über einen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind. Die zugehörige Öffnung im Tragkörper weist mindestens abschnittsweise ein Übermaß auf, beispielsweise derart, dass der zwischen dem Kopfabschnitt und dem Fußabschnitt liegende Teil des Tragkörpers unter Druckspannung gesetzt wird, und/oder - je nach Dimensionierung der Anschlusssegmente - der Verbindungsabschnitt des Anschlusssegments unter Zugspannung gesetzt wird. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die an dem Tragkörper anliegenden, in der Regel sich einander gegenüberliegenden Flächen des Kopfabschnittes und des Fußabschnittes einen Winkel von weniger als 90° einschließen, weil dann die im Tragkörper aufgrund der Klemmung des Anschlusssegmentes auftretenden Spannungen sich weitgehend kompensieren, insbesondere diese Spannungen im Wesentlichen in Radialrichtung in Bezug auf die Längsachse des Plankommutators verlaufen, und dadurch der Plankommutator auch im Dauerbetrieb unter hoher Beanspruchung einen stabilen Tragkörper aufweist.
Die Anschlusssegmente sind dabei als Gleichteile ausgebildet, insbesondere als Stanz- oder Schlagteile, oder sie sind im einfachsten Fall durch Ablängen eines entsprechenden Profils hergestellt. Im Hinblick auf die Abstimmung der geometrischen Abmessungen des Anschlusssegmentes in Bezug auf die zugehörige Öffnung im Tragkörper ist dabei besonders vorteilhaft, dass eine Feinanpassung dieser Abmessungen des Anschlusssegmentes mit geringem Aufwand durch Einstellung des Stanzwerkzeuges herbeigeführt werden kann. Dadurch sind die Anforderungen an die Maßhaltigkeit des Tragkörpers herabgesetzt, was dessen Herstellverfahren deutlich vereinfacht.
Die Anschlusssegmente können mindestens im Bereich der Verbindung mit den Laufflächensegmenten eine Beschichtung aufweisen. Der Werkstoff der Beschichtung ist vorzugsweise angepasst an den Werkstoff des Verbindungsmittels, beispielsweise sind die Anschlusssegmente im Falle einer Lotverbindung mindestens im Bereich der Verbindung mit den Laufflächensegmenten, in der Regel ganzflächig, mit Zinn oder einem der Lotschicht entsprechenden Werkstoff beschichtet.
Die Laufflächensegmente bestehen aus einem Werkstoff, der gegenüber dem den Plankommutator umgebenden Medium eine höhere Resistenz aufweist als die Anschlusssegmente. Vorzugsweise ist der Werkstoff der Laufflächensegmente kohlenstoffhaltig, wobei sowohl eine so genannte Weichbrandkohle als auch eine Hartbrandkohle eingesetzt werden kann. Vorzugsweise weisen die Laufflächensegmente jedenfalls auf ihren den Anschlusssegmenten zugewandten Abschnitten eine Beschichtung auf, durch welche die Verbindung weiter verbessert ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Plankommutators, bei dem der Tragkörper aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff separat hergestellt wird, ebenso wie die Anschlusssegmente, welche in die Öffnungen des Tragkörpers eingesteckt werden. Anschließend erfolgt das Festlegen der Laufflächensegmente, welche die Lauffläche des Plankommutators bilden. Die Laufflächensegmente können dabei bereits vereinzelt vorliegen und jeweils einzeln an dem zugehörigen Anschlusssegment festgelegt werden, oder im Verbund, beispielsweise in Form einer Ringscheibe, an den Anschlusssegmenten festgelegt werden und anschließend durch Trennschnitte vereinzelt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen aus dem Stand der Technik bekannten Plankommutator/
Fig. 2 zeigt eine Ansicht auf einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Plankommutator, Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf den Plankommutator, Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Plankommutators,
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der
Verbindung zwischen Anschlusssegment und Laufflächensegment, Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der
Verbindung zwischen Anschlusssegment und Laufflächensegment, Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel der
Verbindung zwischen Anschlusssegment und Laufflächensegment, Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten
Ausführungsbeispiels eines Tragkörpers,
Fig. 9 zeigt eine Draufsicht auf ein besonderes Ausführungsbeispiel der Laufflächensegmente,
Fig. 10 zeigt einen Schnitt entlang X-X in der Fig. 9,
Fig. 11 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Plankommutators in der Seitenansicht,
Fig. 12 zeigt die Draufsicht auf den Plankommutator der Fig. 1 1 , Fig. 13 zeigt den Plankommutator der Fig. 1 1 im zusammengebauten
Zustand in der Seitenansicht,
Fig. 14 zeigt die Draufsicht auf den Plankommutator der Fig. 13, und Fig. 15 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Tragkörpers 502. Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen aus dem Stand der Technik bekannten Plankommutator. Der Plankommutator 1 weist einen Tragkörper 2 aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff auf. Der Tragkörper 2 weist eine Längsachse 4 auf, die auch mit der Drehachse des Plankommutators 1 zusammenfällt. Insbesondere kann der Plankommutator 1 achsensymmetrisch zu der Längsachse 4 sein. Im Bereich der Längsachse 4 bildet der Plankommutator 1, insbesondere der Tragkörper 2, eine Öffnung 6 für den Durchtritt einer Achse eines Elektromotors aus.
Der Tragkörper 2 ist an die Anschlusssegmente 8 angeformt, die radial außenseitig einen abgebogenen Haken 10 aufweisen für den Anschluss von jeweils mindestens einem Ende einer Spulenwicklung. Die Lauffläche 14 des Plankommutators 1 ist durch Laufflächensegmente 12 gebildet, die mit den Anschlusssegmenten 8 mechanisch fest und elektrisch leitend verbunden sind. Die Gesamtheit der Laufflächensegmente 12, die vorzugsweise gleich verteilt in einem Kreis um die Längsachse 4 angeordnet sind, bildet die plane Lauffläche 14 des Plankommutators 1. Radial außenseitig bilden die Anschlusssegmente 8 eine Umfangsfläche 16, von welcher die Haken 10 abgebogen sind. Die weiteren Einzelheiten des Plankommutators 1 sind aus der WO 97/03486 A1 zu entnehmen.
Die Fig. 2 zeigt eine Ansicht auf einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Plankommutator, die sich bei einem Schnitt entsprechend M-Il in der Fig. 1 ergibt. Die Anschlusssegmente 108 weisen einen Kopfabschnitt 108a und einen Fußabschnitt 108c auf, die über einen Verbindungsabschnitt 108b miteinander verbunden sind. Dargestellt ist in der Fig. 2 der Bereich eines (nicht dargestellten) Laufflächensegmentes, das in seiner Kontur annähernd deckungsgleich ist mit der angeschnittenen Fläche des Tragkörpers 102. Der Tragkörper 102 weist eine Vielzahl von kreisumfänglich regelmäßig verteilt angeordneten Öffnungen 118 auf, in welche die Anschlusssegmente 108 einsteckbar sind. Das Einstecken erfolgt dabei vorzugsweise in Richtung parallel zur Längsachse des Plankommutators 101 , die senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 2 verläuft.
Im Bereich des Kopfabschnittes 108a weist die Öffnung 118 in Umfangsrichtung ein Übermaß auf. Dadurch ist zuverlässig verhindert, dass aufgrund von Toleranzen bei der Herstellung ein dahingehendes Untermaß der Öffnung 118 auftreten kann, durch das in Umfangsrichtung verlaufende Druckspannungen in den Tragkörper 102 eingeleitet würden, die zu
Problemen hinsichtlich der dauerhaften Formbeständigkeit des Tragkörpers 102 führen können. Entsprechendes gilt für die Öffnung 1 18 im Bereich des Fußabschnittes 108c; auch hier weist die Öffnung 1 18 insbesondere in Umfangsrichtung ein Übermaß gegenüber den Abmessungen des Fußteils 108c auf.
Auch betreffend ihre radiale Erstreckung im Abschnitt zwischen der Anlagefläche für den radial nach innen gerichteten Bereich des Kopfabschnittes 108a und der Anlagefläche für den radial nach außen gerichteten Bereich des Fußabschnittes 108c weist die Öffnung 118 in Bezug auf die radiale Erstreckung des Verbindungsabschnitts 108b ein Übermaß auf, sodass in diesen Bereichen das Anschlusssegment 108 in Anlage ist an den durch die Öffnung 118 gebildeten Anlageflächen und insbesondere an diesen Flächen die in der Fig. 2 durch die Pfeile 120 angedeuteten Krafteinleitungen erfolgen.
Durch dieses Übermaß der Öffnung 118 kommt es zur Einleitung von Druckspannungen in den Tragkörper 102 im Bereich des Verbindungsabschnittes 108b. Ursache dieser Druckspannungen sind Zugspannungen in dem Verbindungsabschnitt 108b, dessen Erstreckung in Umfangsrichtung geringer ist als die entsprechende Erstreckung des Kopfabschnittes 108a und des Fußabschnittes 108c. Dementsprechend kommt es zu einer elastischen Dehnung des Verbindungsabschnittes 108b in radialer Richtung. Das Anschlusssegment 108 wirkt dabei als
Kraftspeicher. Die Dehnung erfolgt dabei vorzugsweise noch innerhalb der Elastizitätsgrenze des Anschlusssegments 108, beispielsweise um einen Betrag zwischen 5 und 50 μm. Im Übrigen weist die Öffnung 118 im Bereich des Verbindungsabschnittes 108b in Umfangsrichtung ein Übermaß auf, sodass auch an dieser Stelle keine Druckkräfte in Umfangsrichtung in den Formkörper 102 eingeleitet werden.
Der von den einander zugewandten Stirnseiten des radial äußeren Bereiches des Fußabschnitts 108c und des radial inneren Bereiches des Kopfabschnitts 108a eingeschlossene Winkel 122 beträgt weniger als 90°, vorzugsweise zwischen 30° und 60°, insbesondere etwa 50°, und im dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen 4° und 30°, insbesondere etwa 15°. Durch diese Spitzwinkligkeit ist gewährleistet, dass sich die aufgrund der Dehnung des Verbindungsabschnitts 108b von dem Anschlusssegment 108 in den Tragkörper 102 eingeleiteten Druckspannungen im Wesentlichen gegenseitig kompensieren, insbesondere eine vernachlässigbar geringe resultierende Druckkomponente in Umfangsrichtung verbleibt.
Bei dem erfindungsgemäßen Plankommutator 101 werden die
Anschlusssegmente 108 und der Tragkörper 102 demnach im Wesentlichen spannungsneutral zusammengeführt. Die bei dem Einstecken auftretenden Kräfte, die bereits zu einer wirksamen Verklemmung und damit Fixierung der Anschlusssegmente 108 in dem Tragkörper 102 führen, heben sich in vorteilhafter Weise gegenseitig auf. Insbesondere verbleiben keine resultierenden Kräfte, die in Umfangsrichtung wirken und/oder radial nach außen wirken, sodass der Plankommutator 101 auch unter schwierigen Einsatzbedingungen, wie beispielsweise erhöhter Temperatur, dauerhaft zuverlässig seine Formbeständigkeit behält.
Erreicht wird dies vorzugsweise auch dadurch, dass jeweils ein Abschnitt der Anschlusssegmente 108 unter Zugspannung gesetzt wird und als federelastisch verformbares Element dient. Die Anschlusssegmente 108 werden dabei vorzugsweise in Axialrichtung in den Tragkörper 102 eingesteckt, wobei das Einstecken grundsätzlich von beiden Stirnseiten des Tragkörpers 102 her möglich ist. Bevorzugt ist in vielen Fällen allerdings ein Einstecken von der den Laufflächensegmenten 112 abgewandten Seite des Tragkörpers 102. Die Profilierung der Anschlusssegmente 108 ermöglicht dabei ein automatisches Zentrieren der Anschlusssegmente 108 in dem Tragkörper 102, so dass die Zuführung und das Einsetzen der Anschlusssegmente 108 sehr gut automatisiert werden kann.
Außerdem ist es möglich, beim Einstecken die Anschlusssegmente 108 gegen einen Anschlag, insbesondere einen in Bezug auf den Tragkörper 102 positionierbaren Gegenhalter einzustecken. Dabei ist es für die Verankerung der Anschlusssegmente 108 an dem Tragkörper 102 vorteilhaft, wenn der Anschlag beispielsweise in der Art eines Doms ausgebildet ist und in einem zentrischen Bereich des Fußabschnittes 108c in Anlage kommt und dort durch die Einsteckkraft bzw. Andruckkraft beim Einstecken eine Aufspreizung des Fußabschnittes 108 bewirkt.
In dem durch die in der Fig. 2 gestrichelt dargestellte Kontur 124 zugehörigen Bereich bildet der Tragkörper 102 nahe dem den Laufflächensegmenten 1 12 zugewandten Ende der Anschlusssegmente 108 eine Aufweitung aus, die der Aufnahme eines Verbindungsmittels für die Verbindung zwischen Anschlusssegment 108 und Laufflächensegment 112 dienen kann.
Die Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf den Plankommutator 101, insbesondere auf den Tragkörper 102, wobei - insoweit in Übereinstimmung mit der Fig. 2 - lediglich in die Öffnung 118 in der Drei-Uhr-Position ein Anschlusssegment 108 eingesteckt ist. Die übrigen, insgesamt acht Öffnungen 118 sind in dem dargestellten Zustand des Plankommutators 101 noch nicht mit Anschlusssegmenten 108 bestückt. Die Laufflächensegmente 112 sind ebenfalls noch nicht angeordnet, deren Kontur ist jedoch durch die gestrichelten Linien 126 angedeutet. Die Kopfbereiche 108a verlaufen mit ihrer radial äußeren Kontur entsprechend der Außenkontur des Tragkörpers 102 und bilden somit abschnittsweise eine insoweit bündige Umfangsfläche 116 des Plankommutators 101.
Die Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Plankommutators 101 und zwar in der unteren Bildhälfte in der Ansicht und in der oberen Bildhälfte teilweise im Querschnitt. Das in der oberen Bildhälfte in der Ansicht dargestellte Anschlusssegment 108 ist in den Tragkörper 102 klemmend eingesteckt. In dem dargestellten Zustand bildet der Kopfabschnitt 108a einstückig einen Steck- oder Platinenanschluss 108d für den Anschluss mindestens einer Spulenwicklung aus. Anstelle des dargestellten Steck- oder Platinenanschlusses 108d kann der Kopfabschnitt 108a in diesem Bereich auch hakenförmig abgebogen sein (vgl. Fig. 1), oder einen die Isolierung der Spulenanschlusswicklung durchschneidenden Schneid-/Klemmanschluss aufweisen, oder auch einen Lötanschluss für das Anlöten der Spulenwicklung. Sowohl für ein eventuelles Abbiegen als auch für ein Befestigen der Spulenanschlusswicklung ist es vorteilhaft, dass das Anschlusssegment 108 bereits im dargestellten eingesteckten Zustand mit dem Tragkörper 102 ausreichend fest verbunden ist.
Im Bereich des dem Laufflächensegment 112 zugewandten Endes des Anschlusssegmentes 108 weist die Öffnung 118 im Tragkörper 102 eine erste Aufweitung 124 und eine zweite Aufweitung 128 auf. Die zweite Aufweitung 128 dient dabei der gegebenenfalls auch formschlüssigen Aufnahme der Laufflächensegmente 112 und kann beispielsweise dann, wenn die Laufflächensegmente 1 12 im Verbund vorliegen, beispielsweise in Form einer Ringscheibe, auch in einer ringförmigen zweiten Aufweitung 128 bestehen.
Demgegenüber ist die erste Aufweitung 124 vorzugsweise individuell zu dem jeweiligen Anschlusssegment 108 vorgesehen, und kann beispielsweise kreisförmig ausgebildet sein. Der von der ersten Aufweitung 124 radial begrenzte Raum kann einen Aufnahmeraum für ein Verbindungsmittel zum Verbinden des Anschlusssegments 108 mit dem Laufflächensegment 1 12 bilden. Besonders vorteilhaft ist in diesem
Zusammenhang, wenn das Anschlusssegment 108 in Axialrichtung, d.h. in Richtung parallel zur Längsachse 104, mit seinem dem Laufflächensegment 112 zugewandten Ende in den Bereich der ersten Aufweitung 124 hineinragt. In diesem Fall kann das Verbindungsmittel sich nicht nur flächig an die axiale Stirnseite des Anschlusssegments 108 anlegen, sondern dieses auch noch kappenartig übergreifen und darüber hinaus eine zusätzliche Abdichtung zwischen dem Anschlusssegment 108 und dem Tragkörper 102 bewirken. Vorzugsweise weist das Anschlusssegment 108 mindestens an seinem dem Laufflächensegment zugewandten Ende eine die mechanische Verbindung und/oder elektrische Kontaktierung verbessernde Beschichtung auf.
Durch den radialen Überstand des Laufflächensegments 112 gegenüber dem Anschlusssegment 108 bildet diese Anordnung nach dem
Verbinden eine sichere Fixierung an dem Tragkörper 102 in der Art einer Verankerung, insbesondere gegenüber axial wirkenden Kräften. Diese Fixierung ist dadurch noch verbessert, dass das Laufflächensegment 112 mindestens abschnittsweise in vorzugsweise planer Anlage an dem Tragkörper 102 ist.
Die Laufflächensegmente können mehrschichtig sein, insbesondere vor dem Segmentieren als mehrschichtige Scheibe vorliegen. Die mehrschichtige Scheibe kann eine die Lauffläche bildende Kohlenstoffschicht oder kohlenstoffhaltige Schicht aufweisen, und eine den Anschlusssegmenten zugewandte weitere Schicht, die mindestens einen metallischen Bestandteil aufweist, beispielsweise Kupfer, Zinn, Messing oder Legierungen hiervon. Die weitere Schicht dient dabei insbesondere der Verbesserung der elektrischen und/oder mechanischen Verbindung zu den Anschlusssegmenten. Die mehrschichtige Scheibe kann durch einen Sintervorgang hergestellt werden. Alternativ kann auch nach dem Formgebungsprozess eine Beschichtung der Scheibe erfolgen.
Die Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Verbindung zwischen Anschlusssegment 108 und Laufflächensegment 112. Die Besonderheit dieses ersten Ausführungsbeispieles liegt u.a. darin, dass das Anschlusssegment 108 beim Einstecken in den Tragkörper 102 gegen einen Anschlag, ein Widerlager, einen Dorn oder dergleichen derart gedrückt wurde, dass sich ein in die erste Aufweitung 124 hinein erstreckender, insbesondere radialer Überstand ergibt, der bereits für eine sichere axiale Verankerung des Anschlusssegmentes 108 in dem Tragkörper 102 sorgt, insbesondere durch den Eingriff des Anschlusssegmentes in den durch die erste Aufweitung 124 gebildeten Hinterschnitt.
Diese Verankerung wird durch die mechanisch feste und elektrisch leitfähige Verbindung des Anschlusssegmentes 108 mit dem Laufflächensegment 112 noch verstärkt, wobei diese Verbindung im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel mittels einer elektrisch leitfähigen Klebstoffschicht 130 erfolgt. Die Klebstoffschicht 130 legt sich dabei nicht nur an die Stirnfläche des Anschlusssegments 108 sowie an die entsprechende Stirnfläche des Laufflächensegments 112 an, sondern füllt auch den Bereich der ersten Aufweitung 124 in Radialrichtung aus, sodass durch die Klebstoffschicht 130 eine Abdichtung und insbesondere eine vollständige Abdeckung des Anschlusssegmentes 108 gewährleistet ist. Es ist auch möglich, die Anschlusssegmente 108 selbst mit dem Tragkörper 102 zu verkleben.
Die Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Verbindung zwischen dem Anschlusssegment 108 und dem Laufflächensegment 112. Ein erster Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht in der Art der Verbindungsschicht, wobei es sich bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel um eine Lotschicht 132 handelt, die aufgrund der wirkenden Oberflächenspannung eine trichterförmige Aufweitung in Richtung auf das Laufflächensegment 112 aufweist und auf diese Weise und insbesondere ohne dass es einer Aufspreizung des Anschlusssegmentes 108 bedarf, für einen radialen Eingriff in den Bereich der ersten Aufweitung 124 sorgt und damit für die Bildung eines Zugankers in Bezug auf eine axiale Bewegbarkeit des Anschlusssegments 108. Eine weitere Besonderheit des zweiten Ausführungsbeispieles besteht in der Art der Formgebung des stirnseitigen Endes des Tragkörpers 102. Dieser verjüngt die zweite Aufweitung 128 endseitig, beispielsweise mittels der radial außenseitig angeordneten, nach radial innen gerichteten ersten Nase 134, und/oder mittels der radial innenseitig angeordneten, nach radial außen gerichteten zweiten Nase 136. Die zugehörigen Laufflächensegmente 112 sind entsprechend stufenartig ausgebildet und hintergreifen mit ihrem den Anschlusssegmenten 108 zugewandten Ende die erste und/oder zweite Nase 134, 136 der zweiten Aufweitung 128. Die entsprechende Form der Laufflächensegmente 1 12 kann entweder bereits bei der formgebenden Herstellung bereitgestellt werden oder, beispielsweise im Fall des Anbringens der Laufflächensegmente 112 im Verbund in Form einer Ringscheibe, durch Andrehen einer solchen Ringscheibe bereitgestellt werden.
Durch die aufeinander abgestimmte Formgebung des Tragkörpers 102 und der Laufflächensegmente 112 ist es möglich, die Laufflächensegmente 1 12 in die zweite Aufweitung 128 zu klipsen, d.h. federverrastend an dem Tragkörper 102 festzulegen. Bei einem entsprechenden, insbesondere axialen Überstand des Anschlusssegmentes 108 in den Bereich der zweiten Aufweitung 128 hinein, und/oder bei einem entsprechenden, insbesondere axialen Überstand der Laufflächensegmente 112 in den Bereich der ersten Aufweitung 124 hinein, ist es auch möglich, dass allein durch das verrastende Festlegen der Laufflächensegmente 1 12 an dem Tragkörper 102 eine mechanisch ausreichend feste und elektrisch ausreichend leitfähige Verbindung zwischen den Laufflächensegmenten 1 12 und den Anschlusssegmenten 108 bereitgestellt ist. Das verrastende Festlegen des Laufflächensegments 112 an dem Tragkörper 102 bietet jedenfalls den Vorteil einer Vorfixierung, die auch bei einem anschließenden Verkleben oder Verlöten dafür sorgt, dass das Laufflächensegment 112 in der richtigen Position in Bezug auf das zugehörige Anschlusssegment 108 ist und bleibt. Außerdem kann durch das verrastende Festlegen das Laufflächensegment 112 auch in insbesondere plane Anlage an dem Tragkörper gehalten sein.
Zusätzlich zu der in der Fig. 6 dargestellten Lotschicht 132 kann in den Ringspalt, der zwischen den Laufflächensegmenten 112 und dem Tragkörper 102 gebildet ist, ein zusätzliches Abdichtmittel eingefügt werden, beispielsweise auch eine Klebstoffschicht, um ein Eintreten von aggressiven Medien in diese Bereiche zu verhindern.
Die Fig. 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Verbindung zwischen den Anschlusssegmenten 108 und den Laufflächensegmenten 112. Ein erster Unterschied gegenüber den beiden anderen Ausführungsbeispielen besteht darin, dass die Verbindungsschicht 138 zwischen Anschlusssegmenten 108 und Laufflächensegmenten 112 den Raum der ersten Aufweitung 124 im Wesentlichen vollständig ausfüllt und dadurch auch eine absolut zuverlässige Abdichtung des Tragkörpers 102 gegenüber den Anschlusssegmenten 108 bildet.
Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass der Tragkörper 102 an seinem axialen Ende im Bereich der zweiten Aufweitung 128 zwar wiederum eine Verjüngung unter Ausbildung der ringförmigen oder teil ringförmigen, gegebenenfalls auch nur punktförmigen Nasen 134, 136 vorsieht, die hinsichtlich ihrer Abmessungen sogar identisch mit denen des zweiten Ausführungsbeispieles der Fig. 6 sein können, dass aber die Abmessung des Laufflächensegments 112 geringer ist als die durch die beiden Nasen 134, 136 bestimmte lichte Weite der zweiten Aufweitung 128. Dadurch kommt es beim Einlegen des Laufflächensegments 112 in die zweite Aufweitung 128 nicht zu einem Einklipsen, sondern das Laufflächensegment 112 kann lose eingelegt werden.
Wird nun allerdings der sich ergebende Ringspalt zwischen dem
Laufflächensegment 112 und dem Tragkörper 102 beispielsweise mit einer aushärtbaren Masse ausgefüllt, insbesondere einem Klebstoff, so ergibt sich dadurch ein den Ringspalt ausfüllender, vorzugsweise ringförmiger Sicherungskörper 140, der ein formschlüssiges Fixieren der Laufflächensegmente 1 12 an dem Tragkörper 102 gewährleistet aufgrund seiner Form und aufgrund des Zusammenwirkens mit der Kontur des Tragkörpers 102, in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 mit der ersten und/oder zweiten Nase 134, 136, und mit der Kontur des Laufflächensegments 112.
In allen drei Ausführungsbeispielen betreffend die Verbindung zwischen Anschlusssegment 108 und Laufflächensegment 112 bilden die Verbindungsschichten 130, 132, 138 einen sich in die erste Aufweitung 124 hineinerstreckenden Kranz, Trichter oder ein sonstwie geartetes Ankerelement, durch welches das Anschlusssegment 108 und damit auch das Laufflächensegment 1 12 in Axialrichtung an dem Tragkörper 102 dauerhaft zuverlässig fixiert ist.
Die Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Tragkörpers 202. Ein erster Unterschied zu dem Tragkörper 102 des ersten Ausführungsbeispiels besteht in der im Wesentlichen trapezförmigen Querschnittskontur der Öffnung 218 für die Anschlusssegmente. Davon abgesehen ist die erste Aufweitung 224 in der Draufsicht kreisförmig und deckt im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel die gesamte Öffnung 218 ab. Die erste Aufweitung 224 bildet wiederum einen Depotraum für ein Verbindungsmittel. Insgesamt weist der Tragkörper 202 acht Öffnungen 218 für Anschlusssegmente auf.
Die zweite Aufweitung 228 ist radial außen durch einen einstückig von dem Tragkörper 202 gebildeten Außenring 242 begrenzt und radial innen durch einen einstückig von dem Tragkörper 202 gebildeten Innenring 244. Sowohl der Außenring 242 als auch der Innenring 244 ist dabei durch Ringsegmente 242a, 242b gebildet, die den jeweiligen
Laufflächensegmenten zugeordnet sind. Zwischen benachbarten Ringsegmenten 242a, 242b ist jeweils eine Aussparung 242c vorgesehen, deren Erstreckung in Umfangsrichtung größer ist als die Werkzeugbreite zum Segmentieren der Laufflächensegmente. Auf diese Weise ist es möglich, die im Verbund, beispielsweise als Ringscheibe, an dem
Tragkörper 202 bzw. den zugehörigen Anschlusssegmenten festgelegten Laufflächensegmente durch Trennschnitte zu vereinzeln, ohne dabei den äußeren und/oder inneren Ringsteg 242, 244 durchtrennen zu müssen. Dadurch wird die Standzeit des Trenn Werkzeuges deutlich erhöht. Darüber hinaus kann eine höhere Trenngeschwindigkeit erreicht werden, weil ein Ausbrechen des Außenrings 242 und/oder des Innenrings 244 nicht mehr durch ein Reduzieren der Trenngeschwindigkeit verhindert werden muss.
Eine weitere Besonderheit des Tragkörpers 202 besteht darin, dass auch in der Anlagefläche 246 des Tragkörpers 202 Aussparungen für die
Segmentierung der Ringscheibe vorgesehen sind, insbesondere radial verlaufende Nuten 248, die mit den entsprechenden Aussparungen 242c im Außenring 242 und Innenring 244 fluchten. Die Tiefe dieser Nuten 248 ist dabei so gewählt, dass ein sicheres Vereinzeln der Ringscheibe gewährleistet ist, ohne dass in den Tragkörper gesägt wird. Sofern diese Nuten 248 noch mit einem vorzugsweise elektrisch nicht leitfähigen Klebstoff ausgefüllt werden, ist nicht nur eine zusätzliche Verbindung der Laufflächensegmente mit dem Tragkörper 202 gewährleistet, sondern auch ein Ausbrechen der in der Regel kohlenstoffhaltigen Laufflächensegmente beim Trennschneiden zuverlässig verhindert.
Insbesondere durch Verwendung eines Tragkörpers 202 mit einem Außenring 242 kann für die Laufflächensegmente auch eine so genannte Weichbrandkohle verwendet werden, d.h. eine kunststoffgebundene Kohle, deren genaue Zusammensetzung in Abstimmung mit den zugehörigen Kommutatorbürsten gewählt werden kann. Im Bereich der Umfangsfläche 216 weist der Tragkörper 202 Aussparungen 216a auf, die der Aufnahme der Anschlusssegmente dienen, insbesondere für jenen Abschnitt der Anschlusssegmente, der für den Anschluss der Spulenwicklungen vorgesehen ist.
Beim Herstellen des erfindungsgemäßen Plankommutators ist es insbesondere auch möglich, nach dem Einstecken der Anschlusssegmente 108 in den Tragkörper 102, in dem Bereich der ersten Aufweitung 124 oder ganzflächig in den Bereich der Anlagefläche 246 einen vorzugsweisen anaerob aushärtenden und elektrisch leitfähigen Klebstoff oder ein anderweitiges elektrisch leitfähiges Verbindungsmittel einzubringen, wobei insbesondere die erste Aufweitung 124 als eine Art Depotraum für ein solches Verbindungsmittel eingesetzt werden kann. Zur Verbesserung der Verbindung zwischen Anschlusssegment 108 und Laufflächensegment 112 kann das Laufflächensegment 112 mindestens auf der dem Anschlusssegment 108 zugewandten Fläche, gegebenenfalls auch ganzflächig, entsprechend beschichtet sein, beispielsweise verzinnt sein. Die Fig. 9 zeigt eine Draufsicht auf ein besonderes Ausführungsbeispiel der Laufflächensegmente, nämlich in Form einer vorsegmentierten Laufflächenscheibe 350. Die Fig. 10 zeigt einen Schnitt entlang X-X in der Fig. 9.
Eine solche Laufflächenscheibe 350 kann durch radiale Trennschnitte in die einzelnen Laufflächensegmente 312a, 312b segmentiert werden.
Im vorliegenden Fall wird diese Segmentierung durch bei der Formgebung der Laufflächenscheibe 350 bereits eingeformte radiale Nuten 352 in
Verbindung mit einem Reduzieren der Dicke der Laufflächenscheibe 350 erreicht. Die Tiefe der Nuten 352 erstreckt sich, wie insbesondere der Querschnitt in Fig. 10 zeigt, nur bis etwa zur Hälfte der Dicke der Laufflächenscheibe 350. Insbesondere verbleibt in dem Bereich der Laufflächenscheibe 350, der dem Tragkörper abgewandt ist, ein
Verbindungsring 354, der die einzelnen Laufflächensegmente 312a, 312b miteinander verbindet. Im Bereich dieses Verbindungsrings 354 sind Handhabungs- oder Werkzeugangriffsflächen 356 vorgesehen, mittels denen die Laufflächenscheibe 350 maschinell und automatisierbar dem jeweiligen Tragkörper zuführbar ist. Die Werkzeugangriffsflächen 356 können dabei in Umfangsrichtung gleich verteilt angeordnet sein, insbesondere jeweils im Bereich der Laufflächensegmente 312a, 312b.
Auf der dem Tragkörper zugewandten Seite bildet die Laufflächenscheibe 350 Vorsprünge 358 aus, die hinsichtlich ihrer Zahl und/oder Anordnung an die Anordnung der Laufflächensegmente 312a, 312b angepasst sein kann. Insbesondere können diese Vorsprünge 358 in ihrer Form und Anordnung an die an dem Tragkörper 202 vorgesehene erste Aufweitung 224 angepasst sein, insbesondere in diese formschlüssig eingreifen. Dadurch ist eine vereinfachte Positionierung der Laufflächenscheibe 350 an dem Tragkörper 302 gewährleistet.
Nach dem Verbinden der Laufflächenscheibe 350 mit den Anschlusssegmenten bzw. dem Tragkörper 202, kann die
Laufflächenscheibe 350 an ihrer freiliegenden Planfläche abgedreht werden bis auf eine Höhe, die in der Fig. 10 durch die strichpunktierte Linie 360 angedeutet ist. Dadurch erfolgt das Abdrehen bis in den Bereich der Nuten 352 hinein, sodass die Laufflächensegmente 312a, 312b dadurch vereinzelt sind. Das Vornehmen von Trennschnitten ist daher nicht mehr erforderlich.
Die Fig. 1 1 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Plankommutators 401 in der Seitenansicht, und zwar im noch nicht zusammengebauten Zustand. Der Tragkörper 402 ist in der oberen Bildhälfte teilweise im Schnitt dargestellt und in der unteren Bildhälfte in der Ansicht. In der unteren Bildhälfte ist der Tragkörper 402 außerdem mit eingesteckten Anschlusssegmenten 408 dargestellt.
Eine Besonderheit gegenüber den vorigen Ausführungsbeispielen besteht darin, dass das Anschlusssegment 408, insbesondere dessen Kopfabschnitt 408a, vorzugsweise einstückig einen Kragen 408e ausbildet, der mindestens abschnittsweise den im Ausführungsbeispiel der Fig. 8 vom Tragkörper 202 gebildeten Außenring 242 bildet. Dadurch ist ein radial außenseitiger Schutz für das Laufflächensegment 412 gebildet und/oder eine Anlagefläche zum Positionieren und Ausrichten des
Laufflächensegments 412. Außerdem kann dadurch das Anschlusssegment 408 beim Anschweißen der Spulenwicklung zusätzlich fixiert werden, insbesondere in radialer Richtung. Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass das Anschlusssegment 408 von der den Laufflächensegmenten 412 zugewandten Seite des Tragkörpers 402 einsteckbar ist. Das Einstecken der Anschlusssegmente 408 erfolgt dabei bis zur Anlage an zugehörige Anschlagsflächen 462 des Tragkörpers 402, die mit der Längsachse 404 vorzugsweise einen rechten Winkel einschließen. Die Laufflächensegmente 412 weisen auf ihrer den Anschlusssegmenten 408 zugewandten Fläche 464 eine Beschichtung auf, beispielsweise aus Zinn, Kupfer oder Messing, durch welche eine sichere mechanische und elektrische Verbindung mit den Anschlusssegmenten 408 gewährleistet ist.
Die Fig. 12 zeigt die Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel der Fig. 11. Der Kragen 408e ist in der Draufsicht bogenförmig in Bezug auf die Längsachse 404 mit einem Bogenwinkel von etwa der Hälfte des Bogenwinkels eines Laufflächensegments 412; im dargestellten
Ausführungsbeispiel beträgt der Bogenwinkel des Kragens 408e etwa 20°.
Die Fig. 13 zeigt den Plankommutator 401 der Fig. 11 im zusammengebauten Zustand in der Seitenansicht. An der den Laufflächensegmenten 412 zugewandten Stirnseite des Tragkörpers 402 ist eine im dargestellten Ausführungsbeispiel kreisrunde Aussparung 466 vorgesehen (Fig. 11), die einen Depotraum für das Verbindungsmittel zum Verbinden des Anschlusssegments 408 mit dem zugehörigen Laufflächensegment 412 bildet. Im dargestellten montierten Zustand weist der Kragen 408e axial einen Überstand über die freiliegende Planfläche des Laufflächensegments 412 auf. Durch anschließenden Materialabtrag, insbesondere durch Plandrehen, werden die Anschlusssegmente 408, die Laufflächensegmente 412 und der Tragkörper 402 eingeebnet zur Bildung der Lauffläche 414 des Plankommutators 401. In einer alternativen besonderen Ausführungsform weist der Kragen 408e dagegen axial keinen Überstand über die freiliegende Planfläche des Laufflächensegments 412 auf, sondern ist gegenüber der Planfläche oder sogar gegenüber der Lauffläche 414 zurückversetzt, insbesondere um einen oder mehrere Zehntel Millimeter gegenüber der Lauffläche 414 zurückversetzt. Dadurch muss beim Einebnen der Laufflächensegmente 412 kein Material des Kragens 408e abgetragen werden, wodurch der Vorgang beispielsweise des Plandrehens vereinfacht ist. Typisch weisen die Laufflächensegmente 412 im Scheibenverbund eine Dicke von etwa 2,5 mm auf, die durch Plandrehen auf etwa 2 mm reduziert wird. Die axiale Länge des Kragens 408e beträgt typisch zwischen 1 ,5 und 1,8 mm.
Auch bei dieser alternativen Ausführungsform kann allerdings der Tragkörper 402 den Innenring bildende Ringsegmente 444a aufweisen, die axial einen Überstand über die freiliegende Planfläche der Laufflächensegmente 412 aufweisen. Insbesondere können diese Ringsegmente an ihrem stirnseitigen Ende eine Fase (siehe auch Fig. 15) aufweisen, durch die ein Einsetzen der Laufflächensegmente 412 vereinfacht ist. Insbesondere wenn die Laufflächensegmente 412 im
Scheibenverbund eingesetzt werden, ist durch den axialen Überstand der Ringsegmente 444a ein Verkanten der Scheibe an dem Kragen 408e und damit die Gefahr einer Beschädigung der Scheibe zuverlässig verhindert.
Die Fig. 14 zeigt die zugehörige Draufsicht auf den Plankommutator 401 der Fig. 13. Der Kragen 408e bildet radial außen den Stützring für die Laufflächensegmente 412, wohingegen der Tragkörper 402 radial innen eine Abstützung durch den einstückig ausgebildeten Innenring 444 bildet. Die Fig. 15 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Tragkörpers 502. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8 sind die Öffnungen 518 für die Aufnahme von Anschlusssegmenten angepasst, deren Fußabschnitt annähernd die Form eines Drachenvierecks hat, wobei die radial innenseitige Spitze des Drachenvierecks abgeflacht ist und die radial außenseitige Spitze des Drachenvierecks in die Öffnung für den Verbindungsabschnitt übergeht. Der von den einander zugewandten Flächen des radial äußeren Bereichs des Fußabschnitts und des radial inneren Bereichs des Kopfabschnitts der Anschlusssegmente eingeschlossene Winkel (vgl. Fig. 2) beträgt zwischen 30 und 60°, insbesondere etwa 50°.
Die erste Aufweitung 524 ist an die Querschnittsform des Fußabschnitts der Anschlusssegmente angepasst und im dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere fünfeckig. Die Überlappung der ersten Aufweitung 524 in Bezug auf die Öffnung 518 in Umfangsrichtung ist dabei im Bereich der radial verlaufenden Begrenzungslinien der Querschnittsform der Öffnung 518 verhältnismäßig gering oder sogar verschwindend. Ein das Anschlusssegment in dem Tragkörper 502 verankernder Überstand ist dagegen insbesondere radial innenseitig und radial außenseitig zu den sonstigen Begrenzungslinien der Querschnittsform der Öffnung 518 gegeben.
Die den Innenring bildenden Ringsegmente 544a weisen an ihrem stirnseitigen Ende eine radial nach außen gerichtete Fase 544b auf, die ein Einsetzen der (in der Fig. 15 nicht dargestellten) Laufflächensegmente vereinfacht. In entsprechender Weise können auch die den Außenring bildenden Ringsegmente 542a eine nach radial innen gerichtete Fase aufweisen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Plankommutator (101 ) aufweisend einen Tragkörper (102) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, eine Vielzahl von Anschlusssegmenten (108) aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff für den Anschluss von jeweils mindestens einem Ende einer
Spulenwicklung, und eine Vielzahl von Laufflächensegmenten (112), welche eine Lauffläche (14) des Plankommutators (101) bilden, wobei die Laufflächensegmente (112) mit den Anschlusssegmenten (108) mechanisch fest und elektrisch leitend verbunden sind, und der Tragkörper (102) und/oder die Anschlusssegmente (108) einstückig ausgebildet sind, und wobei der Tragkörper (102) vorgefertigt ist und Öffnungen (118) aufweist, in welche die Anschlusssegmente (108) eingesteckt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (102) im Bereich der Öffnungen (118) in Bezug auf die eingesteckten Anschlusssegmente (108) mindestens abschnittsweise ein Übermaß aufweist, dass die Anschlusssegmente (108) aufgrund einer Klemmwirkung des Tragkörpers (102) festgelegt sind, und dass die Klemmwirkung durch das mindestens abschnittsweise Übermaß des Tragkörpers (102) in Bezug auf das Anschlusssegment (108) hervorgerufen ist.
2. Plankommutator (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusssegmente (108) einen Kopfabschnitt (108a) und einen Fußabschnitt (108c) aufweisen, die über einen Verbindungsabschnitt (108b) miteinander verbunden sind, und dass der Verbindungsabschnitt (108b) aufgrund eines mindestens abschnittsweisen Übermaßes des Tragkörpers (102) im Bereich der Öffnung (118) elastisch verformt ist und dadurch die Anschlusssegmente (108) klemmend an dem Tragkörper (102) festgelegt sind.
3. Plankommutator (101) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen dem Kopfabschnitt (108a) und dem Fußabschnitt (108c) liegende Teil des Tragkörpers (102) durch die elastische Verformung des Anschlusssegments (108) unter Druckspannung gesetzt ist.
4. Plankommutator (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächensegmente (112) gegenüber den Anschlusssegmenten (108) in Radialrichtung und/oder Umfangsrichtung, bezogen auf eine Drehachse des Plankommutators (101), einen Überstand aufweisen.
5. Plankommutator (101) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächensegmente (112) im Bereich des Überstandes mindestens abschnittsweise an dem Tragkörper (102) anliegen.
6. Plankommutator (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Öffnungen (118) im Tragkörper (102) mindestens eine Richtungskomponente parallel zu einer Längsachse (104) des Tragkörpers (102) aufweist, insbesondere dass die Öffnungen (118) sich parallel zu einer Längsachse (104) des
Tragkörpers (102) erstrecken.
7. Plankommutator (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (118) im Tragkörper (102) im Bereich des den Laufflächensegementen (112) zugewandten Endes der Anschlusssegmente (108) eine Aufweitung (124, 128) aufweisen.
8. Plankommutator (101) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusssegmente (108) im eingesteckten Zustand mit ihrem den Laufflächensegmenten (112) zugewandten Ende in den Bereich der Aufweitung (124, 128) hinein ragen.
9. Plankommutator (101) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitung (124, 128) der Öffnungen (118) einen Aufnahmeraum für ein Verbindungsmittel zum Verbinden der Anschlusssegmente (108) mit den Laufflächensegmenten (112) bildet.
10. Plankommutator (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusssegmente (108) durch die mechanisch feste Verbindung mit den Laufflächensegmenten (112) an dem Tragkörper (102) verankert sind.
11. Plankommutator (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusssegmente (108) mindestens im
Bereich der Verbindung mit den Laufflächensegmenten (112) eine Beschichtung aufweisen.
12. Verfahren zum Herstellen eines Plankommutators (101) mit den Schritten:
• Herstellen eines Tragkörpers (102) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, wobei der Tragkörper (102) Öffnungen (1 18) für die Aufnahme von Anschlusssegmenten (108) aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff aufweist für den Anschluss von jeweils mindestens einem Ende einer Spulenwicklung, wobei der Tragkörper (102) im Bereich der Öffnungen (1 18) in Bezug auf die eingesteckten Anschlusssegmente (108) mindestens abschnittsweise ein Übermaß aufweist, • Einstecken der Anschlusssegmente (108) in die Öffnungen (118) des Tragkörpers (102), wobei die Anschlusssegmente (108) aufgrund einer Klemmwirkung des Tragkörpers (102) festgelegt werden, und wobei die Klemmwirkung durch das mindestens abschnittsweise Übermaß des Tragkörpers (102) in Bezug auf das Anschlusssegment (108) hervorgerufen wird,
• Festlegen von die Lauffläche des Plankommutators (101) bildenden Laufflächensegmente (1 12) an dem Plankommutator (101) durch mechanisch festes und elektrisch leitfähiges Verbinden der Laufflächensegmente (1 12), einzeln oder in einem Verbund, mit den Anschlusssegmenten (108).
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
Anschlusssegmente (108) beim Einstecken in den Tragkörper (102) im Bereich ihres den Laufflächensegmenten (112) zugewandten Endes eine Aufweitung in Radial richtung und/oder Umfangsrichtung, bezogen auf eine Drehachse des Plankommutators (101), erfahren.
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