DE19601863A1 - Kollektor in Flachbauart und Verfahren zur Herstellung - Google Patents
Kollektor in Flachbauart und Verfahren zur HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Kollektor (Kommutator) der in
einen kleinbemessenen Elektromotor einzubauen ist, und ins
besondere einen Kollektor in Flachbauart (Flachkollektor)
dessen Gleitkontaktfläche, die in Kontakt mit einer Bürste
steht, senkrecht zur Axialrichtung des Rotors steht. Die
Erfindung betrifft desweiteren ein Verfahren zur Herstel
lung eines derartigen Flachkollektors.
Bei Elektromotoren als Antriebsquellen für Gebläse, die in
einer verunreinigten Gasatmosphäre betrieben werden, für
Förderpumpen, die bei Kraftstoffen mit aufgrund von Ver
sauerung verschlechterter Qualität etc. betrieben werden,
und bei anderen Einsatzgebieten sind die Korrosion und die
Abnutzung in den Motorenkollektoren im Vergleich mit sol
chen deutlich beschleunigt, die an der Luft betrieben wer
den. Als Materialien für die Kollektorbestandteile werden
normalerweise verschiedene Legierungen mit Kupfer oder Sil
ber als Hauptbestandteil verwendet. Die gegenwärtige Situa
tion ist jedoch so, daß diese Materialien hinsichtlich ih
rer erforderlichen Härte aufgrund nicht vermeidbarer Korro
sion und Abnutzung, wie oben genannt wurde, unbefriedigend
sind. Angesichts dessen ist es erforderlich, weniger korro
sive Materialien als Kollektorbestandteile zu verwenden,
wobei Kohlenstoff als angemessen angesehen wird. Kohlen
stoff ist jedoch hinsichtlich seiner Ausbreitungeigen
schaften verglichen mit solchen Metallmaterialien unzurei
chend, mit der Folge, daß es nicht möglich ist, einen Ha
kenteil zum Verbinden der Motorwindung an dem Kollektor di
rekt anzubringen. Aufgrunddessen ist nicht zu vermeiden,
daß der Hakenteil zur Verbindung der Motorwindung separat
aus einem Metallmaterial gefertigt wird, das dann mit den
Kollektorbestandteilen verbunden wird.
Ein Flachkollektor,
der durch eine feste Verbindung des obengenannten Metallha
kens und der Kohlenstoffkollektorfragmente zusammengesetzt
ist, ist bekannt (siehe japanische Patentanmeldung "KOHYO"-
Veröffentlichung Nr. 5-502974), wobei einer Metallscheibe,
bei der Hakenteile radial an der Gleitkontaktflächenseite
für die Bürste an einem elektrisch isolierenden Träger an
seinem Umfang und in einer Anzahl, die den Kollektorfrag
menten entspricht, gleichzeitig mit den Gußformen des elek
trisch isolierenden Trägers angebracht wird. Anschließend
wird ein Graphitkollektorelement, auf dessen Verbindungs
fläche vorher eine Plattierung durchgeführt wurde, gelötet
oder geschweißt, und anschließend werden Schlitze in diesem
Graphitkollektorelement, der Metallscheibe und einem Teil
des elektrisch isolierenden Trägers ausgebildet, um auf
diese Weise eine Anzahl von gegenseitig isolierten Kollek
torstücken zu erzeugen. Wie insbesondere in Fig. 6 der bei
gefügten Zeichnung dargestellt ist, sind eine Metallplatte
15 mit einem Haken und ein Graphitkollektorstück 13 fest
stehend übereinander auf einem elektrisch isolierenden Trä
ger 11 angeordnet, der die Basis für den Flachkollektor
bildet.
Ein derartiger Flachkollektor ist bei der Herstellung
sowohl unpraktisch als auch teuer, da die Plattierungsbear
beitung vorher an der Verbindungsfläche des Kollektorele
mentes aus Graphit mit dem Metallscheibenhaken darauf
durchgeführt werden muß. Abhängig von den Plattierungsbe
dingungen können aufgrund des Lötens unvorteilhafte Ein
flüsse hinsichtlich der Befestigungskraft der Graphitkommu
tatorstücke auftreten. Desweiteren tritt ein Quelleffekt in
dem geformten Graphitprodukt bei Kraftstoffen, insbesondere
verunreinigten Kraftstoffen, auf, aufgrund dessen die Befe
stigungskraft zwischen der plattierten Schicht und dem ge
formten Graphitprodukt unweigerlich vermindert wird.
Die Verwendung von Metallen wie Kupfer etc. für die Plat
tierung vermindert nicht nur die Haftkraft zwischen den
Graphitkollektorteilen und der Metallplatte mit Haken, son
dern auch die elektrische Leitfähigkeit, so daß der Kollek
tor seine Funktionsfähigkeit verliert. Um die Widerstands
fähigkeit des Kollektors zu erhöhen, könnte ins Auge gefaßt
werden, die Dicke des Kollektorteils in der Preßrichtung
der Kollektorbürste zu erhöhen. Da jedoch der Hauptzweck
des Flachkollektors in der Miniaturisierung des Motors zu
sehen ist, ist eine Vergrößerung der Dicke des Kollektor
teils unerwünscht.
Im Hinblick auf die obengenannten verschiedenen Problem
punkte des bekannten Flachkollektors ist es eine Hauptauf
gabe der Erfindung, einen Flachkollektor zu schaffen, der
eine Fixierung des Kollektorteils aus Kohlenstoff (Graphit)
bezüglich der Metallplatte mit Haken und dem elektrisch
isolierenden Träger sicherstellt, und der eine verlängerte
Lebensdauer gegen Abnutzung des Kollektorteils aufweist und
einfach und mit geringeren Kosten herstellbar ist.
Zur Lösung der obengenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß
ein Flachkollektor in einem Aufbau geschaffen, bei dem die
Gleitkontaktfläche für die Kollektorbürste rechtwinklig zur
Axialrichtung des Rotors liegt und bei dem eine Anzahl von
Kollektorstücken, die jeweils voneinander durch Schlitze
isoliert sind, direkt auf dem elektrisch isolierenden Trä
ger fixiert sind, und wobei eine Metallplatte zum Verbinden
des Kollektorstücks, die einen Anschluß zum Verbinden der
Motorwindung aufweist, an der äußeren Umfangsfläche jedes
Kollektorstücks fixiert ist, die parallel mit der Axial
richtung des Rotors ist.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung dieses
Flachkollektors angegeben, mit den Schritten: Eingießen ei
ner Endfläche eines Metallsteg-Ringelement entlang der Um
fangskante des elektrisch isolierenden Trägers an seiner
Gleitkontaktflächenseite für die Kollektorbürste; Einbrin
gen des Kollektormaterials, das hauptsächlich aus Graphit
besteht, in einen Ausnehmungsbereich, der durch den elek
trisch isolierenden Träger und das Metallsteg-Ringelement,
das mit dem elektrisch isolierenden Träger zusammengesetzt
ist, gebildet wird, und anschließendes Durchführen einer
Pulverpreßformung und -heizung; und, zum Isolieren, Ausbil
den von Schlitzen in der Oberfläche des verfestigten Kol
lektorelementes, wobei das Metallsteg-Ringelement um den
Außenumfang des Kollektorelementes und den elektrisch iso
lierenden Träger an seiner Fläche an der Seite des Kollek
torelementes herum angeordnet ist, um dadurch das Kollekto
relement in eine Anzahl von Kollektorfragmenten aufzutei
len.
Die vorstehenden Aufgaben, weitere Aufgaben sowie der spe
zielle Aufbau des erfindungsgemäßen Flachkollektors und das
Verfahren zu seiner Herstellung werden aus der folgenden
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
deutlich. Es zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht auf den erfindungsgemäßen Flachkol
lektor,
Fig. 2 eine Längsschnittdarstellung des Kollektors entlang
der Linie A-A der Fig. 1,
Fig. 3 eine Längsschnittdarstellung des Verbindungselemen
tes auf dem isolierenden Träger, des Kollektor
stücks und der Metallplatte zum Verbinden des Kol
lektorstücks,
Fig. 4 eine Aufsicht zur Erläuterung des Verfahrens zur
Herstellung des erfindungsgemäßen Flachkollektors,
Fig. 5 eine Längsschnittdarstellung entlang der Linie B-B
der Fig. 4 und
Fig. 6 eine Längsschnittdarstellung eines bekannten Flach
kollektor.
Das obengenannte Metallsteg-Ringelement ist durch Eingießen
derart gebildet, daß es mit dem elektrisch isolierenden
Träger formschlüssig ist. Die Kollektorstücke sind aus ei
nem Material gefertigt, das hauptsächlich aus Graphit be
steht. Es ist ferner möglich, das Pulverpreßformen und
-heizen des Materials für die Kollektorstücke durchzufüh
ren, wenn die Kollektorstück-Befestigungsfläche des elek
trisch isolierenden Trägers unregelmäßig geformt wird.
Sowohl der elektrisch isolierende Träger als auch die Gra
phitkollektorstücke sind direkt und fest miteinander
verbunden, während die Kollektorstück-Befestigungsmetall
platte mit dem Anschluß zum Verbinden der Windung auf dem
elektrisch isolierenden Träger fixiert ist. Beim Formen der
Graphitkollektorstücke bilden der Ausnehmungsteil, der
durch den elektrisch isolierenden Träger und das Metall
steg-Ringelement gebildet wird, das durch Einschlußgießen
entlang der Umfangskante des elektrisch isolierenden Trä
gers an der Seite der Gleitkontaktfläche für die Kollektor
bürste geformt wird, eine Metallform zum Formen der Kollek
torstücke.
Im Folgenden wird der Aufbau des erfindungsgemäßen Flach
kollektors im Einzelnen mit Bezug auf die beigefügte Zeich
nung erläutert.
Die Fig. 1 und 2 sind eine Aufsicht bzw. eine Längs
schnittdarstellung entlang der Linie A-A der Fig. 1, wobei
die Bezugsziffer 1 einen im Oberteil geformten elektrisch
isolierenden Träger aus einem starren synthetischen Harz
bezeichnet. Ziff. 2 bezeichnet ein Paßloch in der Mitte des
Trägers zur Aufnahme der Drehachse (in den Zeichnungen
nicht dargestellt) des Motors. Eine Anzahl von Kollektor
stücken 3, jeweils in Sektorform, sind direkt auf der Ober
fläche des elektrisch isolierenden Trägers 1 an der Gleit
kontaktflächenseite für die Bürste fixiert (d. h. auf der
Fläche, die rechtwinklig zur Richtung des Rotorwellenpaßlo
ches 2 liegt) und die der Fixierungsseite gegenüberliegende
Oberfläche wird zur Gleitkontaktfläche für die Bürste. Je
des Kollektorstück 3 ist aus Graphit als Kohlenstoffmate
rial gefertigt, wobei ein Material, das hauptsächlich aus
Graphit besteht, einer Pulverpreßformung und einer Heizbe
handlung unterzogen wird, wodurch der Kollektor erhalten
wird. Die Kollektorstück-Befestigungsfläche 1B des elek
trisch isolierenden Trägers 1 ist durch kleine Vertiefungen
und Erhebungen oder eine Anzahl von Nuten oder in anderer
Weise irregulär gestaltet, wodurch die Befestigungsfläche
des elektrisch isolierenden Trägers 1 für die Kollektor
stücke 3 erhöht wird. Aneinandergrenzende Kollektorstücke 3
sind elektrisch voneinander isoliert. Die Schlitze 4 sind
teilweise in den elektrisch isolierenden Träger 1 zum
Fixieren der Kollektorstücke eingeschnitten. Desweiteren
sind Metallplatten 5 zum Verbinden der Kollektorstücke
individuell an der Außenumfangsfläche jedes genannten Kol
lektorstücks 3 fixiert, die parallel zum Rotorwellenpaßloch
2 liegt (d. h. auf der Fläche entlang der Umfangsrichtung).
Gleichzeitig ist ein Teil der Kollektorstück-Verbindungs-
Metallplatte 5 in den elektrisch isolierenden Träger 1 ein
gebettet. Ein Anschluß 6 ist an der Metallplatte 5 ange
bracht, und die Windung des Motors ist mit diesem Anschluß
6 verbunden. Dieser Anschluß 6 wird durch Preßstanzen und
Ausbiegen eines Metallmaterials gefertigt, das einstückig
mit der Metallplatte 5 ist.
Kleine Vorsprünge 7 sind an der Innenfläche der Metall
platte 5 derart vorgesehen, daß sie die Befestigung zwi
schen den Kollektorstücken 3 und der Metallplatte 5 ver
stärken. Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Verstärkungsmittel zwischen dem Kollektorstück 3 und der
Metallplatte 5, wobei ein kleines Loch 8 in der Metall
platte 5 ausgebildet wird, in das das Material für das Kol
lektorstück 3 eingebracht wird. Gleichzeitig wird Material
des elektrisch isolierenden Trägers 1 in ein weiteres klei
nes Loch 9 der Metallplatte 5 eingebracht, um die Befesti
gung zwischen dem Kollektorstück 3 und dem elektrisch iso
lierenden Träger 1 zu erhöhen. Die Metallplatte 5 ist form
schlüssig mit dem elektrisch isolierenden Träger 1, d. h.
sie ist mit dem elektrisch isolierenden Träger 1 in einem
Körper integriert, wenn der elektrisch isolierende Träger 1
aus synthetischem Harz gefertigt ist, ohne die Verwendung
von Verbindungsmitteln wie einem Haftmittel, einer Schrau
be, einem Bolzen, einem Niet oder Verstemmen. Das Kollek
torstück 3 und die Metallplatte 5 können ebenso durch Löten
oder mittels eines elektrisch leitenden Haftmittels befe
stigt werden, vorausgesetzt, daß eine erforderliche Fixier
kraft erreichbar ist.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Flach
kollektors gemäß der Erfindung erläutert. Der elektrisch
isolierende Träger wird in derselben Weise wie früher durch
Formgießen erhalten. Während dieses Formgießens wird ein
ringförmiges Metallstegelement 5A entlang der Umfangskante
des elektrisch isolierenden Trägers 1 an seiner Bür
stengleitkontaktfläche in einer solchen Weise eingegossen,
daß eine Endfläche des ringförmigen Elementes 5A in den
elektrisch isolierenden Träger 1 eingebettet wird, wie in
den Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Wie in dem illustrier
ten Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, daß ein Teil 1A
des Materials, das den elektrisch isolierenden Träger 1
bildet, um den Außenumfang des ringförmigen Metallsteg-Ele
mentes 5A herumgelegt ist. Der Anschluß 6 ist vorher in ei
ner vorgegebenen Position am Außenumfang des ringförmigen
Metallsteg-Elementes A vorgesehen. Anschließend wird Mate
rial für den Kollektor mit Graphit als Hauptbestandteil in
die flache runde Ausnehmung C, die in der Mitte des elek
trisch isolierenden Trägers 1 ausgebildet wird, einge
bracht, die durch Eingießen des ringförmigen Metallsteg-
Elementes 5A an und um den elektrisch isolierenden Träger 1
gefertigt wurde, gefolgt von Pulverpreßformen und -heizen.
Das heißt, sowohl der elektrisch isolierende Träger 1 als
auch das Metallstegelement 5A werden als Metallform für das
Pulverpreßformen verwendet.
Anschließend werden Schlitze 4 in Radialrichtung, wie in
den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, in die Oberflächen des
verfestigten Kollektorelementes, des ringförmigen Metall
steg-Elementes 5A, das an dem Außenumfang des Kollektorele
mentes angeordnet ist, und den elektrisch isolierenden Trä
ger 1 an der Seite des Kollektorelementes eingeschnitten,
wodurch das Kollektorelement in eine Anzahl von gegenseitig
isolierten Kollektorstücken 3 unterteilt wird. Durch
Durchführen dieser Prozeßschritte wird ein flacher Kollek
tor erhalten, bei dem die drei Teile, d. h. der elektrisch
isolierenden Träger 1, die Kollektorstücke 3, die direkt
auf dem Träger 1 fixiert sind, und die Metallplatte 5 inte
gral verbunden sind.
Wie vorstehend beschrieben wurde, sind bei dem flachen Kol
lektor gemäß der Erfindung die Kollektorstücke direkt am
elektrisch isolierenden Träger fixiert, so daß kein Insta
bilitätsfaktor hinsichtlich der Fixierungskraft zwischen
dem Kollektorstück und dem elektrisch isolierenden Träger
besteht, verglichen mit der Fixierungskraft, die beim kon
ventionellen Plattieren und Fixieren erzielt wird. Auch
wenn der mit diesem Flachkollektor versehenene Motor in
Flüssigkeiten wie Kraftstoffen und anderen betrieben wird,
wird die elektrische und mechanische Verbindung zwischen
dem elektrisch isolierenden Träger und dem Kollektorstück
und der Kollektorstück-Verbindungs-Metallplatte weiter ver
stärkt, da die äußere Umfangsfläche des Flachkollektors
durch die Metallplatte gegen ein Quellen des Kolektor
stücks, das durch Pulverpreßformen erhalten wird, gestützt
ist. Die Kollektorstück-Verbindungs-Metallplatte dient zum
sicheren Halten der Kollektorstücke gegen Zentrifugalkräf
te, die während der Drehung des Kollektors auftreten. Da
desweiteren die Dicke des Kollektors wegen der Abwesenheit
der Metallplatte zwischen dem elektrisch isolierenden Trä
ger und den Kollektorstücken erhöht werden kann, können
ausreichende Abmessungen für mögliche Abnutzung des Kollek
tors erzielt werden, wodurch die Lebensdauer verlängert
wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren werden das
Formen der Kollektorstücke und das Fixieren der Kollektor
stücke an sowohl dem elektrisch isolierenden Träger als
auch an der Metallplatte gleichzeitig durchgeführt, so daß
kein Plattierungs- und Klebeschritt wie beim bekannten Kol
lektor erforderlich ist, und die Anzahl der Verarbeitungs
schritte deutlich reduziert ist, wodurch Arbeitszeit ge
spart werden kann.
Claims (13)
1. Flachkollektor, dessen Bürstengleitkontaktfläche recht
winklig zur Axialrichtung eines Rotors ist, wobei eine An
zahl von durch Schlitze (4) gegenseitig isolierten Kollek
torstücken (3) direkt auf einem elektrisch isolierenden
Träger (1) fixiert sind und wobei eine Metallplatte (5) zum
Verbinden der Kollektorstücke jeweils einen Anschluß (6)
zum Verbinden von Windungen aufweist und auf der Umfangs
fläche jedes Kollektorstücks (3) fixiert ist, wobei die
Umfangsfläche parallel zu der Axialrichtung des Rotors ist.
2. Flachkollektor nach Anspruch 1,
wobei der elektrisch isolierende Träger (1) aus einem star
ren Synthetikharz gebildet ist.
3. Flachkollektor nach Anspruch 1,
wobei das Kollektorstück (3) ein Produkt ist, das durch
Pulverpreßformen und -heizen eines Materials erhalten wird,
das Graphit als Hauptbestandteil enthält.
4. Flachkollektor nach Anspruch 1,
wobei die Fixierungsfläche (1B) des Kollektorstücks des
elektrisch isolierenden Trägers (1) eine unregelmäßige
Oberfläche ist.
5. Flachkollektor nach Anspruch 1,
wobei sehr kleine Ausnehmungen und Erhebungen in der Fixie
rungsfläche (1B) für die Kollektorstücke des elektrisch
isolierenden Trägers (1) gebildet sind.
6. Flachkollektor nach Anspruch 1,
wobei eine Anzahl von Nuten in der Fixierungsfläche für die
Kollektorstücke des elektrisch isolierenden Trägers (1) ge
bildet sind.
7. Flachkollektor nach Anspruch 1,
wobei die Metallverbindungsplatte (5) für das Kommutator
stück formschlüssig mit dem elektrisch isolierenden Träger
ist.
8. Flachkollektor nach Anspruch 1,
wobei ein Teil der Verbindungsplatte (5) in den elektrisch
isolierenden Träger (1) eingebettet ist.
9. Flachkollektor nach Anspruch 1,
wobei ein Teil des elektrisch isolierenden Trägers (1) in
ein kleines Loch (9) der Metallverbindungsplatte (5) ragt.
10. Flachkollektor nach Anspruch 1,
wobei ein kleiner Vorsprung (7) an der Innenfläche der Me
tallverbundungsplatte (5) in das Kollektorstück (3) ragt.
11. Flachkollektor nach Anspruch 1,
wobei ein Teil des Kollektorstücks (39) in ein kleines Loch
(8) in der Metallverbindung (5) ragt.
12. Verfahren zur Herstellung eines Flachkollektors mit den
Schritten:
gleichzeitig mit dem Formgießen eines elektrisch isolieren den Trägers (1) das Eingießen einer Endfläche eines Metall steg-Ringelementes (5A) entlang der Umfangskante des elek trisch isolierenden Trägers (1) an der Seite einer Bürsten gleitkontaktfläche,
Einbringen eines Materials für den Kollektor, das haupt sächlich aus Graphit besteht, in einen Ausnehmungsteil (C), der durch den elektrisch isolierenden Träger (1) und das Metallsteg-Ringelement (5A), das mit dem elektrisch isolie renden Träger (1) zusammenmontiert ist, gebildet wird, und Ausführen einer Pulverpreßformung und -heizung des Kollek tormaterials und
Ausbilden von Isolierschlitzen (5) in dem verfestigten Kol lektorteil, in dem Metallsteg-Ringelement (5A) in dem Außenumfang des Kollektorteils und in der Oberfläche des elektrisch isolierenden Trägers (1) an der Seite des Kol lektorteils, um den Kollektorteil in einer Anzahl von Kol lektorfragmeten zu unterteilen.
gleichzeitig mit dem Formgießen eines elektrisch isolieren den Trägers (1) das Eingießen einer Endfläche eines Metall steg-Ringelementes (5A) entlang der Umfangskante des elek trisch isolierenden Trägers (1) an der Seite einer Bürsten gleitkontaktfläche,
Einbringen eines Materials für den Kollektor, das haupt sächlich aus Graphit besteht, in einen Ausnehmungsteil (C), der durch den elektrisch isolierenden Träger (1) und das Metallsteg-Ringelement (5A), das mit dem elektrisch isolie renden Träger (1) zusammenmontiert ist, gebildet wird, und Ausführen einer Pulverpreßformung und -heizung des Kollek tormaterials und
Ausbilden von Isolierschlitzen (5) in dem verfestigten Kol lektorteil, in dem Metallsteg-Ringelement (5A) in dem Außenumfang des Kollektorteils und in der Oberfläche des elektrisch isolierenden Trägers (1) an der Seite des Kol lektorteils, um den Kollektorteil in einer Anzahl von Kol lektorfragmeten zu unterteilen.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
wobei ein Anschluß (6) zum Verbinden der Windung vorher am
Außenumfang des Ringelementes (5A) gebildet wird.
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