DE1538941C3 - Verfahren zur Herstellung von flachen Kollektoren für elektrische Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von flachen Kollektoren für elektrische Maschinen durch Zusammensetzen von Kollektorlamellen und Vereinigen derselben durch Umgießen mittels eines isolierenden Stoffes.

Bei derartigen flachen Kollektoren legen sich die Bürsten in der axialen Richtung des sich drehenden Teiles oder Ankers stirnseitig gegen die Kreisfläche der Kollektoren an.

Um ihre Aufgabe richtig zu erfüllen, müssen die Kollektoren bekanntlich eine hohe Drehzahl in Sekundenbruchteilen erreichen können, während auf sie beträchtliche Drehmomente, bedeutende Torsions- und Biegebeanspruchungen, die Abnutzung durch die Reibung der Bürsten, die Kommutierungsfunken usw. wirken.

Zu diesen Beanspruchungen tritt die Temperaturerhöhung hinzu, welche die Dehnung des für die Umhüllung benutzten Kunststoffs od. dgl. sowie der Metallamellen, auf welchen die Bürsten schleifen, bewirkt. Diese Dehnung hat verschiedene Wirkungen, je nachdem, ob es sich um Kunststoff oder Metall handelt, was Verschiebungen der Kollektorlamellen infolge des auftretenden Spiels zur Folge hat.

Aus der deutschen Patentschrift 9 14 872 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Stromwendern bekanntgeworden, nach welchem die Stege in eine Form eingestanzt und mit einem isolierenden Preßwerkstoff zu einem Formkörper vereinigt werden. Dabei soll auf die mit dem Isolierpreßstoff in Berührung -, kommende Metalloberfläche eine aushärtefähige Lackschicht aufgetragen werden.

Aus der US-Patentschrift 21 76 361 ist ein Verfahren zur Herstellung eines flachen Kollektors bekanntgeworden, gemäß welchem der Kollektor durch Ausstanzen und Verformen eines Metallblechs hergestellt wird. Der Kollektor wird dann einstückig mit dem Rotor durch Vergießen mit einer Vergußmasse verbunden.

Durch die US-Patentschrift 19 09 634 wurde ein Verfahren zur Herstellung von Kollektoren bekannt,

is gemäß welchem Lamellen durch Zwischensetzen von Isolierlamellen miteinander verbunden werden. Dabei weisen die Isolierlamellen, in welche ein besonderer Ring eingelegt ist, eine schwalbenschwanzförmige Nut auf, wobei die Kollektorlamellen in die Isolierlamellen eingesetzt sind.

Aus der US-Patentschrift 30 66 387 wurde ferner die Herstellung von Kollektorlamellen durch Formgebung zwischen zwei Walzen bekannt. Dabei werden die trapezförmigen Lamellen, die zwei Nuten aufweisen, in (((

2S ein biegbares Band gesetzt, und das Ganze wird in eine' besondere Form gebracht. '*

Die durch den Stand der Technik bekanntgewordenen Verfahren beziehen sich alle mehr oder weniger auf Einzelmaßnahmen zur Herstellung von Kollektoren, so daß es immer noch erforderlich war, andere Maßnahmen zusätzlich von Hand oder maschinell anzuwenden, um zum fertigen Kollektor zu gelangen

Demgegenüber hat sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren zum Herstellen von flachen Kollektoren zu schaffen, welches auf rationelle Art und Weise von Anfang bis Ende, d. h. ausgehend vom Rohmaterial bis zum fertigen Kollektor, der mit dem Rotor des Motors oder der elektrischen Maschine einstückig verbunden wird, durchgeführt werden kann.

Dabei werden die einzelnen Verfahrensschritte gemäß der Erfindung so aufeinander abgestimmt, daß unter Umständen das Verfahren automatisch ablaufen kann. Die mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Kollektoren weisen eine sehr große Präzision auf, was sich bei den Hochleistungsmaschinen, die heute gefordert werden, günstig bemerkbar macht.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von flachen Kollektoren für elektrische Maschinen durch Zusammensetzen von Kollektorlamellen und Vereinigen derselben durch Umgießen mittels eines isolierenden Stoffes vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Lamellen als Sektoren einheitlich und der Reihe nach durch Abschneiden von einem Barren ohne Materialverlust und durch Prägen oder auf andere Weise in der Art gebildet werden, daß mit einer den Sektoren komplementären Form eine Quernut mit einem Abschnitt mit schwalbenschwanzförmigem Querschnitt oder einer inneren Ausweitung und ein Umfangseinschnitt erzeugt werden und daß die genannten Sektoren durch Ankleben auf einer Kreisplatte angeordnet und befestigt werden, welche auf der gesamten Kreisfläche, die die Sektoren des Kollektors aufnimmt, radiale Stäbe mit geringerer Höhe aufweist, welche Querriegel bilden und einen freien Zwischenraum zwischen den Sektoren gewährleisten, daß der genannte Zwischenraum mit einer Kunststoffmasse zur Verbindung mit dem sich drehenden Teil der elektri-

sehen Maschine ausgefüllt wird, wobei Nuten an der Stelle der Stäbe zwischen den Sektoren nach Abtrennung der Platte bestehenbleiben, und daß die Einheit Kollektor und Platte auf der Achse und an einem Ende eines Rotors befestigt wird, daß die Windungen des ^r. Rotors mit den Umfangseinschnitten des Kollektors verbunden werden, daß durch Injektion" einer Kunststoffmasse das Ganze in einem einzigen^Iock mit den Windungen des Rotors vergossen wird Und daß schließlich die Platte von der so hergestellten Einheit entfernt und die Oberflähe des Kollektors, an welcher die Bürsten anliegen, entgratet und geschliffen wird.

Ein Kollektor, dessen Lamellen ein selbst sehr kleines Spiel annehmen, ist für mit mäßigen Geschwindigkeiten laufende Motoren oder elektrische Maschinen selbst bei geringen Beanspruchungen nicht zulässig. An den heutigen Hochleistungsmaschinen würden diese Fehler die Motoren unbenutzbar machen. Durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung werden daher die Kollektoren so ausgebildet, daß sie Formen aufweisen, welche die Verbindung des Kunststoffes mit dem Metall so.... gewährleisten, daß diese Kollektoren bei beliebigen Drehzahlen trotz der Flieh-, Torsions- und Biegungskräfte sowie der bedeutenden Temperaturschwankungen ihren Aufbau als ein festes Ganzes beibehalten.

Die Elemente oder Sektoren werden als Einzelteile unter Ausgang von einem Barren hergestellt, welcher einen üblichen einfachen rechteckigen, quadratischen oder anderen Querschnitt haben kann und durch Durchschneiden ohne Materialverlust zerlegt wird, wobei die abgeschnittenen Elemente durch Pressen od. dgl. auf eine solche Form gebracht werden, daß sie zueinander komplementäre Sektoren bilden und eine Quernut, welche vorzugsweise einen schwalbenschwanzförmigen Querschnitt oder einen Querschnitt mit einer nach innen gerichteten Erweiterung besitzt, und einen Umfangseinschnitt zum Anschluß an einen entsprechenden Draht der Wicklungen des sich drehenden Teils aufweisen, wobei die so erhaltenen Sektoren auf der Kreisplatte in Form eines kreisförmigen Kranzes angeordnet und befestigt werden.

Die Kreisplatte besitzt radiale Stäbe geringer Höhe in Form eines kreisförmigen Kranzes, auf ihrer ganzen, die Sektoren des Kollektors aufnehmenden Kreisfläche, welche nur Abstandsstücke bilden und einen freien Zwischenraum zwischen den Sektoren schaffen, welcher mit der Kunststoffmasse ausgefüllt werden soll, welche den Kollektor mit dem sich drehenden Teil des Motors oder der elektrischen Maschine .vereinigt, wobei an der Stelle der Stäbe Nuten zwischen den Sektoren nach der Entfernung der Kreisplatte übrigbleiben.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

F i g. 1 zeigt in einer schaubildlichen Ansicht einen ersten Arbeitsgang des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abschneiden von Elementen von einer Stange mit einfachem Querschnitt;

F i g. 2 zeigt schaubildlich einen zweiten Arbeitsgang, nämlich das Pressen der Elemente;

F i g. 3 zeigt schaubildlich das Zusammensetzen der gepreßten Sektoren und der mit Abstandsstücke bildenden Stäben versehenen Kreisplatte in Form eines kreisförmigen Kranzes;

F i g. 4 zeigt in einer axial geschnittenen Gesamtansicht als interessantes Anwendungsbeispiel den Anbau des Kollektors und seiner Montagescheibe an einen Anker;

Fig.5 ist eine der Fig.4 entsprechende teilweise geschnittene Ansicht, welche den endgültig und kräftig befestigten Kollektor zeigt, wobei die entfernte Kreisplatte strichpunktiert dargestellt ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird von einem Barren 1 (Fig. 1) aus Kupfer oder einer geeigneten Legierung oder einem geeigneten Metall ausgegangen, welcher zweckmäßig einen einfachen Querschnitt hat. Dieser Barren wird vorzugsweise durch Schneiden oder auf andere Weise zerlegt, um gegebenenfalls mit einer großen Produktionsgeschwindigkeit kleine Blöcke oder Elemente la zu erhalten, deren Volumen entsprechend den späteren Arbeitsgängen bemessen ist. Es ist zu bemerken, daß das Abschneiden der Elemente la ohne Metallverlust erfolgen kann.

Hierauf werden die Elemente la durch Pressen oder auf andere Weise so geformt, daß sie die Sektoren 2 (F i g. 2) bilden, welche zueinander komplementäre Formen und Abmessungen haben, um einen Kollektor zu bilden, wenn sie in entsprechender Anzahl in der weiter unten beschriebenen Weise angeordnet werden. Das Pressen kann je nach den vorliegenden Verhältnissen in einem oder mehreren Arbeitsgängen ausgeführt werden. Während dieses Formungsvorgangs wird eine Quernut 2a erzeugt, welche ebenfalls die Form eines Kreissektors hat, und deren Querschnitt zu dem weiter unten erläuterten Zweck schwalbenschwanzförmig ist oder eine nach innen gerichtete Erweiterung aufweist. Ferner wird an dem Umfang eines jeden Sektors ein Einschnitt 26 zum Anschluß einer Wicklung des sich drehenden Teils des Motors oder der elektrischen Maschine gebildet.

Die Sektoren 2 werden hierauf nacheinander schnell, vorzugsweise durch ein beliebiges automatisches System zur Zufuhr und Ausgabe, dessen Bewegungen schematisch in Fig.3 angegeben sind, auf eine Kreisplatte 3 in Form eines kreisförmigen Kranzes gebracht. Diese Kreisplatte besitzt auf der die Sektoren 2 aufnehmenden Fläche radiale Stäbe 3a, welche einen Zwischenraum zwischen den Sektoren 2 bilden. Diese werden an der Kreisplatte vorübergehend, z. B. durch Kleben oder auf andere Weise so befestigt, daß sie später von der Kreisplatte getrennt werden können. Diese Anwendung ist beispielshalber in den F i g. 4 und 5 dargestellt, auf welchen man einen konischen Rotor R sieht, welcher durch in die isolierende Kunststoffmasse P eingebettete Ankerwicklungen R^x gebildet wird. Die Kunststoffmasse P bewirkt ferner die kräftige, endgültige Vereinigung der Sektoren 2 des gemäß dem obigen Verfahren ausgeführten Kollektors.

Hierfür wird die durch die Sektoren 2 und die Kreisplatte 3 gebildete Anordnung auf die Achse an einem Ende des Rotors R aufgesetzt Die Wicklungen R> werden an die Einschnitte 2b auf beliebige bekannte Weise angeschlossen. Die isolierende Kunststoffmasse wird in eine für den Rotor R vorgesehene Form eingespritzt. Sie dringt in die zwischen den Sektoren 2 durch die Stäbe 3a gebildeten Zwischenräume sowie in die sich nach innen erweiternden Quernuten 2a ein (F ig. 4).

Hierdurch entsteht eine feste Verbindung der Sektoren 2 mit dem gesamten Rotor, so daß ein einziges festes Ganzes entsteht, welches die stärksten vielfachen Beanspruchungen aushalten kann.

Die zwischen die Sektoren eingespritzte Kunststoffmasse bewirkt die einwandfreie isolierende Trennung der durch die Sektoren gebildeten Kollektorlamellen.

Schließlich wird die Kreisplatte 3 (Fig.5) von der

durch den Rotor und den Kollektor gebildeten Anordnung abgelöst. Diese Trennung kann auf beliebige bekannte Weise infolge der nur zeitweiligen Vereinigung mit den Sektoren 2 erfolgen.

Es ist zu bemerken, daß bei der Entfernung der Kreisplatte 3 die Stäbe 3a Nuten 2c zwischen den Sektoren 2 bestehenlassen. Hierdurch wird vermieden, daß die Kunststoffmasse bis an die Konimutierungsfläche 2d in Form eines kreisförmigen Kranzes reicht, an welcher die nicht dargestellten Bürsten des Motors oder der elektrischen Maschine schleifen. Hierdurch wird eine schlechte Kommutierung und die Verschmutzung der Bürsten vermieden, welche auftreten könnten, wenn die Kunststoffmasse mit der Kommutierungsfläche 2d bündig abschneiden würde.

Hierfür wird erforderlichenfalls eine Entgratung

j vorgenommen sowie ein Abschleifen der Kommutierungsfläche 2d mit dem Diamanten, da diese einwandfrei bearbeitet sein muß.

Es ist zu bemerken, daß sich der Kollektor auf zwei Seiten in zwei Richtungen frei ausdehnen kann, nämlich

ίο einerseits in Richtung der mit den Bürsten in Berührung stehenden Kommutierungsfläche 2dund andererseits in Richtung der Umfangsfläche.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von flachen Kollektoren für elektrische Maschinen durch Zusammensetzen von Kollektorlamellen und Vereinigen derselben durch Umgießen mittels eines isolierenden Stoffes, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen als Sektoren einheitlich und der Reihe nach durch Abschneiden von einem Barren ohne Materialverlust und durch Prägen oder auf andere Weise in der Art gebildet werden, daß mit einer den Sektoren komplementären Form eine Quernut mit einem Abschnitt mit schwalbenschwanzförmigem Querschnitt oder einer inneren Ausweitung und ein Umfangseinschnitt erzeugt werden und daß die genannten Sektoren durch Ankleben auf einer Kreisplatte angeordnet und befestigt werden, welche auf der gesamten Kreisfläche, die die Sektoren des Kollektors aufnimmt, radiale Stäbe mit geringerer Höhe aufweist, welche Querriegel bilden und einen freien Zwischenraum zwischen den Sektoren gewährleisten, daß der genannte Zwischenraum mit einer Kunststoffmasse zur Verbindung mit dem sich drehenden Teil der elektrischen Maschine ausgefüllt wird, wobei Nuten an der Stelle der Stäbe zwischen den Sektoren nach Abtrennung der Platte bestehenbleiben, und daß die Einheit Kollektor und Platte auf der Achse und an einem Ende eines Rotors befestigt wird, daß die Windungen des Rotors mit den Umfangseinschnitten des Kollektors verbunden werden, daß durch Injektion einer Kunststoffmasse das Ganze in einem einzigen Block mit den Windungen des Rotors vergossen wird und daß schließlich die Platte von der so hergestellten Einheit entfernt und die Oberfläche des Kollektors, an welcher die Bürsten anliegen, entgratet und geschliffen wird.