DE19956844A1 - Plankommutator, Verfahren zu seiner Herstellung sowie Leiterrohling und Kohlenstoffscheibe zur Verwendung bei seiner Herstellung - Google Patents
Plankommutator, Verfahren zu seiner Herstellung sowie Leiterrohling und Kohlenstoffscheibe zur Verwendung bei seiner HerstellungInfo
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Abstract
Ein Plankommutator für eine elektrische Maschine umfaßt einen aus isolierendem Preßstoff gefertigten Trägerkörper (1), eine Mehrzahl von Leitersegmenten (3) und eine ebenso große Anzahl von Kohlenstoffsegmenten (4), welche stirnseitig angeordnet sind und mit den Leitersegmenten (3) elektrisch leitend verbunden sind. Dabei weisen die Leitersegmente (3) jeweils einen am Umfang des Trägerkörpers (1) angeordneten, dickwandigen Anschlußbereich (6), einen zwischen dem Trägerkörper (1) und dem zugeordneten Kohlenstoffsegment (4) angeordneten, ebenfalls dickwandigen Kontaktbereich (7) und einen zwischen dem Anschlußbereich (6) und dem Kontaktbereich (7) angeordneten dünnwandigen Übergangsbereich (8) auf.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plankommutator
für eine elektrische Maschine, umfassend einen aus
isolierendem Preßstoff gefertigten Trägerkörper, eine
Mehrzahl von Leitersegmenten und eine ebenso große
Anzahl von Kohlenstoffsegmenten, welche stirnseitig
angeordnet und mit den Leitersegmenten elektrisch
leitend verbunden sind. Des weiteren betrifft die
vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
sowie einen Leiterrohling und eine Kohlenstoffscheibe
zur Verwendung bei der Herstellung eines derartigen
Plankommutators.
Plankommutatoren der vorstehend angegebenen Art zählen
in vielen verschiedenen Ausführungen zum Stand der
Technik. Hinzuweisen ist in diesem Zusammenhang
beispielsweise auf die US 5175463 A1, DE 98 00 7045 U1,
DE 197 52 626 A1, US 5255426 A1, DE 196 52 840 A1,
WO 97/03486, DE 196 01 863 A1, DE 40 28 420 A1, EP 0667657 A1,
US 5442849 A1, WO 92/01321, DE 197 13 936 A1,
US 5637944 A1 und DE 197 13 936 A1. Weiteren einschlä
gigen Stand der Technik bilden die US 5629576 A1,
DE 199 03 921 A1 und EP 0935331 A1. Die große Anzahl von
Schutzrechten, die sich mit Plankommutatoren mit
Kohlenstoff-Lauffläche befassen, belegt den großen
Bedarf an praxistauglichen Kommutatoren dieser Bauart,
die insbesondere zum Antrieb von Kraftstoffpumpen in
Kraftfahrzeugen Verwendung finden. Zugleich läßt sich
der große Anzahl von Publikationen entnehmen, daß es
eine Vielzahl von Problemkreisen gibt, die bisher nicht
in zufriedenstellendem Maße gelöst wurden.
Dies hängt unter anderem damit zusammen, daß bei
bekannten gattungsgemäßen Plankommutatoren verschiedene
Anforderungen z. T. zueinander konkurrieren; hierzu
zählen insbesondere die Ziele geringe Abmessungen,
niedrige Herstellkosten sowie hohe Lebensdauer des
Kommutators. Ein besonders gravierendes der vorstehend
angesprochenen Konkurrenzverhältnisse besteht zwischen
der Reduzierung der Abmessungen und der Steigerung der
Lebensdauer des Plankommutators; denn die Drähte der
Rotorwicklung werden im allgemeinen an den Leiterseg
menten angeschweißt, was bei allzu geringen Abmessungen
des Plankommutators leicht zu einer durch Überhitzung
verursachten Schädigung der elektrisch leitenden
Verbindungen der Leitersegmente mit den Kohlenstoffseg
menten führt, was hinwiederum eine reduzierte Lebens
dauer des Plankommutators nach sich zieht. Tatsächlich
ist es so, daß die bekannten, in den oben angegebenen
Veröffentlichungen beschriebenen Plankommutatoren,
soweit sie von einer durch Weichlöten hergestellten
elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Kohlen
stoffsegmenten und den Leitersegmenten ausgehen, in der
Praxis infolge des vorstehend genannten Problems und
der hieraus resultierenden unbefriedigenden Lebensdauer
nicht eingesetzt werden. Dies ist der Hintergrund
beispielsweise für die Vorschläge, zur Verbindung der
Kohlenstoffsegmente mit den Leitersegmenten ein
hochtemperaturbeständiges Hartlot einzusetzen (vgl.
EP 0935331 A1) bzw. die Kontaktpunkte zwischen Leiter
segmenten und Kohlenstoffsegmenten relativ weit
entfernt von den Anschlüssen der Rotorwicklung anzuord
nen (vgl. DE 199 03 921 A1). Allerdings ist der an erster
Stelle genannte Vorschlag mit Mehrkosten und der an
zweiter Stelle genannte Vorschlag mit größeren
Abmessungen des Kommutators verbunden.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, einen Plan
kommutator der eingangs angegebenen Art zu schaffen,
der sich vergleichsweise kostengünstig herstellen läßt
und zugleich trotz relativ geringer Abmessungen eine
hohe Lebensdauer aufweist. Des weiteren ist es Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Herstellung eines solchen Plankommutators und besonders
zweckmäßige bei einem solchen Herstellungsverfahren
verwendete Zwischenprodukte zu schaffen.
Gelöst wird die vorstehend angegebene Aufgabenstellung
gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch, daß bei einem
Plankommutator der eingangs genannten Art die Leiter
segmente jeweils einen am Umfang des Trägerkörpers
angeordneten, dickwandigen Anschlußbereich, einen
zwischen dem Trägerkörper und dem zugeordneten Kohlen
stoffsegment angeordneten, ebenfalls dickwandigen
Kontaktbereich und einen zwischen dem Anschlußbereich
und dem Kontaktbereich angeordneten dünnwandigen Über
gangsbereich aufweisen. Von wesentlicher Bedeutung für
den erfindungsgemäßen Plankommutator ist somit mit
anderen Worten, daß die Leitersegmente nicht mit einer
überall mehr oder weniger gleichen Wandstärke ausge
führt sind, sondern daß sich vielmehr die Wandstärken
verschiedener Bereiche der Leitersegmente signifikant
voneinander unterscheiden, indem nämlich zwischen dem
Anschlußbereich, der dem Anschluß der Rotorwicklung
dient, und dem Kontaktbereich, über den die elektrisch
leitenden Verbindung des Leitersegments mit dem zuge
ordneten Kohlenstoffsegment hergestellt wird, ein
vergleichsweise dünnwandiger Übergangsbereich besteht.
In jedem Falle ist die - senkrecht zur Wärmefluß
richtung bestimmte - Wandstärke des Übergangsbereichs
geringer als die - in radialer Richtung gemessene -
Wandstärke des Anschlußbereichs und die - in axialer
Richtung gemessene - Wandstärke des Kontaktbereichs des
betreffenden Leitersegments, wobei der Anschlußbereich
zudem auch in axialer und in Umfangsrichtung
vergleichsweise groß dimensioniert ist (siehe unten).
Eine derartige Gestaltung der Leitersegmente führt
insbesondere dazu, daß auch bei äußerst kompakten,
kleinste Abmessungen aufweisenden Plankommutatoren das
Anschweißen der Wicklungsdrähte an die Anschlußbereiche
der Leitersegmente nicht zu einer überhitzungsbedingten
Schädigung der elektrisch leitenden Verbindungen der
Leitersegmente mit den Kohlenstoffsegmenten führt. Denn
die dickwandigen Anschlußbereiche der Leitersegmente
bilden aufgrund ihrer hohen Wärmekapazität eine erste
Wärmesenke für die beim Schweißvorgang entwickelte
Wärme. Der dünnwandige Übergangsbereich vom
Anschlußbereich zum Kontaktbereich bildet demgegenüber
aufgrund seiner - normal zum Wärmefluß ausgerichteten -
geringen Querschnittsfläche für die Wärmeleitung vom
Anschlußbereich zum Kontaktbereich des Leitersegments
einen erheblichen Widerstand. Und der dickwandige
Kontaktbereich bildet wiederum eine ausgeprägte Wärme
senke für die (ohnehin reduzierte) durch den Übergangs
bereich hindurchgeleitete Wärmeenergie. Das Ergebnis
ist, daß sich der Kontaktbereich der Leitersegmente
beim Anschweißen der Drähte der Rotorwicklung an die
Leitersegmente bei weitem nicht in einem solchen Maße
erwärmt, wie dies vom Stand der Technik her bekannt
ist. In Anwendung der vorliegenden Erfindung lassen
sich bei Einsatz herkömmlicher Schweißverfahren
Reduktionen der an der Verbindung der Leitersegmente
mit den Kohlenstoffsegmenten auftretenden Maximal
temperaturen um 50°C oder sogar mehr gegenüber
bekannter Plankommutatoren gattungsgemäßer Art
erreichen. Als Folge hiervon ist die Gefahr, daß die
elektrisch leitenden Verbindungen der Kohlenstoffseg
mente mit den Leitersegmenten beim Anschweißen der
Rotorwicklung an den Plankommutator beschädigt werden,
maßgeblich reduziert. In Anwendung der vorliegenden
Erfindung lassen sich die Kohlenstoffsegmente sogar
durch Weichlöten dauerhaft mit den Leitersegmenten
elektrisch verbinden, da die an der Kontaktstelle
auftretenden Temperaturen zuverlässig unterhalb des
Erweichungspunktes für Weichlot liegen. Dies gilt
selbst für extrem kompakte Plankommutatoren. In diesem
Zusammenhang wirkt sich auch vorteilhaft aus, daß bei
Anwendung der vorliegenden Erfindung keine Notwendig
keit mehr besteht, die elektrisch leitende Verbindung
der Kohlenstoffsegmente mit den Leitersegmenten in eine
möglichst große Entfernung zu den Anschlußbereichen der
Leitersegmente zu bringen, was bisher vielfach zu
radial innen liegenden, relativ kleinen Kontaktflächen
zwischen den Kohlenstoffsegmenten und den
Leitersegmenten geführt hat. Vielmehr lassen sich in
Anwendung der vorliegenden Erfindung durchaus groß
formatige Kontaktflächen zwischen den Leitersegmenten
und den Kohlenstoffsegmenten realisieren, was sich
günstig auf die Lebensdauer der entsprechenden
Verbindung auswirkt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung besteht hinsicht
lich der Orientierung der Übergangsbereiche eine
Gestaltungsbreite. Insbesondere können die Übergangs
bereiche radial wie auch axial orientiert sein. Denkbar
sind auch beliebige Zwischenwerte.
Im Hinblick auf die erfindungsgemäß vorgesehenen,
vorstehend erläuterten unterschiedlichen Wandstärken
der Leitersegmente in ihren verschiedenen Bereichen
erweist sich die Herstellung eines Leiterrohlings, wie
er zur Herstellung des erfindungsgemäßen Plankommuta
tors eingesetzt wird, durch ein kombiniertes Fließpreß-
und Stanzverfahren als besonders günstig. Zunächst wird
durch Fließpressen ein napfartiger Grundkörper herge
stellt, der sich bereits durch dickwandige Anschlußbe
reiche, dünnwandige Übergangsbereiche und wiederum
dickwandige Kontaktbereiche auszeichnet, wobei die
Kontaktbereiche und ggf. auch die Übergangsbereiche
noch untereinander unter Bildung eines geschlossenen
Ringes verbunden sind. Durch Stanzen wird danach der
Boden des Grundkörpers segmentiert.
Die idealen Abmessungen der einzelnen Bereiche der
Leitersegmente, insbesondere die verschiedenen Wand
stärken und deren Relation zueinander, hängen von
unterschiedlichen Einflußgrößen ab. Jedoch zeigt sich
bereits in dem Falle, daß die Wandstärke der Übergangs
bereiche der Leitersegmente weniger als 80% der Wand
stärke der Kontaktbereiche beträgt, eine signifikante
Verbesserung der Lebensdauer der elektrisch leitenden
Verbindungen zwischen den Kohlenstoffsegmenten und den
Leitersegmenten gegenüber dem Stand der Technik.
Besonders bevorzugt ist der Wandstärkenunterschied noch
größer, indem die Wandstärke der Übergangsbereiche der
Leitersegmente weniger als 60% der Wandstärke der
Kontaktbereiche beträgt. Dies vergrößert, sofern die
Übergangsbereiche entfernt von den Kohlenstoffsegmenten
an die Kontaktbereiche der Leitersegmente angeschlossen
sind, den Abstand der Übergangsbereiche der Leiterseg
mente zu den Kohlenstoffsegmenten. Für die Dimensionie
rung der Kontaktbereiche hat sich im übrigen als
vorteilhaft herausgestellt, wenn die Wandstärke der
Kontaktbereiche mindestens den 0,4fachen Wert der
Erstreckung der Kontaktbereiche in Umfangsrichtung
beträgt.
Die Anschlußbereiche sind im übrigen bevorzugt in
Umfangs- und in Axialrichtung so groß dimensioniert,
daß eine Doppelelektrode beidseits des Anschlußhakens
bequem Platz findet. In diesem Sinne erstrecken sich
die Anschlußbereiche bevorzugt über mindestens 80% des
Umfangs des Plankommutators. Eine derartig große
Dimensionierung der Anschlußbereiche wirkt sich im
übrigen günstig auf die Wärmekapazität der Anschluß
bereiche aus und begünstigt somit das erfindungsgemäße
Wärmeverhalten.
Weiter oben wurde bereits dargelegt, daß bei Anwendung
der vorliegenden Erfindung keine Notwendigkeit besteht,
die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den
Kohlenstoffsegmenten und den Leitersegmenten auf
relativ kleine, radial innen liegende Kontaktbereiche
zu konzentrieren. Im Sinne einer Maximierung der für
die elektrisch leitenden Verbindungen zur Verfügung
stehenden Fläche zeichnet sich eine bevorzugte Weiter
bildung der vorliegenden Erfindung dadurch aus, daß die
Kontaktbereiche der Leitersegmente vollflächig mit den
Stirnflächen der Kohlenstoffsegmente in Berührung
stehen. Die Kontaktflächen auf den Stirnflächen der
Kohlenstoffsegmente können dabei von umlaufend
geschlossenen oder aber offenen, rahmenartigen Erhebun
gen, deren Kontur an die Kontur der Kontaktbereiche der
Leitersegmente angepaßt ist und die der Justierung von
Kohlenstoffringscheibe und Leiterrohling zueinander
während der Herstellung des Plankommutators dienen,
ganz oder teilweise umgeben sein. Auch dieses Merkmal
ist wieder im Zusammenhang zu sehen mit dem weiter oben
erwähnten Herstellungsverfahren des Leiterrohlings
durch kombiniertes Fließpressen und Stanzen. Denn
dickwandige Kontaktbereiche, die zum vollflächigen
Kontakt mit den Kohlenstoffsegmenten innerhalb jener
rahmenartigen Erhebungen geeignet sind, lassen sich
nicht herstellen, wenn der Leiterrohling, wie dies
bisher häufig praktiziert wird, durch Tiefziehen aus
einem Blech geformt wird.
Wird auf die vorstehend erläuterten rahmenartigen
Erhebungen verzichtet, so können sich die Kontakt
flächen über die gesamten zugeordneten Stirnflächen der
Kohlenstoffsegmente erstrecken, so daß die Kohlenstoff
segmente vollflächig elektrisch leitend mit den
Kontaktbereichen der Leitersegmente verbunden sind.
Im Bereich der vorstehend erwähnten Kontaktflächen der
Kohlenstoffsegmente kann besonders bevorzugt zwischen
den Kontaktbereichen der Leitersegmente und den Kohlen
stoffsegmenten ein elektrisch leitendes Kontaktmaterial
aufgenommen sein. Dieses kann beispielsweise ein
Weichlot sein (siehe oben). Es kann jedoch beispiels
weise auch bestehen aus Körnern, Pulver und/oder
Plättchen eines Metalls, beispielsweise aus Silber.
Denn bei besonders bevorzugten Weiterbildungen des
erfindungsgemäßen Plankommutators ist, worauf weiter
unten in größerem Detail eingegangen wird, eine
mechanisch tragende Verbindung der Kontaktbereiche mit
den Kohlenstoffsegmenten durch Lot oder dergleichen
nicht nötig, wenn die Kohlenstoffsegmente an ihren
radial inneren und äußeren Umfangsflächen fest in den
aus Preßstoff geformten Trägerkörper eingebettet sind.
In dem vorstehend dargelegten Sinne sind die Kohlen
stoffsegmente besonders bevorzugt an ihren radial
äußeren Umfangsflächen jeweils von einem durch den
Trägerkörper gebildeten Preßstoffmantel abgedeckt,
wobei zwischen äußeren Umfangsflächen der Kohlen
stoffsegmente und den Preßstoffmänteln besonders bevor
zugt jeweils formschlüssige Verbindungen bestehen.
Letztere können auf jede bekannte Weise, insbesondere
als Stufung, Verzahnung, Sägezahn-Verzahnung oder dgl.
ausgeführt sein. Besonders bevorzugt ist dabei eine
Wellung.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung des erfindungs
gemäßen Plankommutators zeichnet sich dadurch aus, daß
die Anschlußbereiche der Leitersegmente eine sich in
Umfangsrichtung erstreckende Axialnut aufweisen, in
welche eine Rippe des Preßstoffmantels eingreift.
Hierdurch entsteht eine Verzahnung des Preßstoffmantels
mit dem zugeordneten Leitersegment, die sich besonders
positiv auf die Standfestigkeit des Kommutators
auswirkt. Die Nut kann dabei insbesondere zunächst als
Rechtecknut ausgeführt sein, die beim Stanzen des
Bodens der durch Fließpressen hergestellten ersten
Stufe des Leiterrohlings in diesen eingeprägt wird. Bei
Schließen eines Spritzwerkzeugs, in welches das
Verbundteil, das durch Zusammenfügen des Leiterrohlings
mit der Kohlenstoffringscheibe entstanden ist (siehe
unten), zum Formen des Trägerkörpers aus Preßstoff
eingelegt ist, verformt sich bei geeigneter Ausführung
der Nut deren äußere Begrenzung unter den Schließ
kräften radial einwärts, so daß die Nut hinterschnitten
ist; dies führt zu einem besonders festen Halt der
Preßstoffrippe in der Nut.
Die Anschlußbereiche der Leitersegmente stehen
besonders bevorzugt radial über die äußeren Umfangs
flächen der vorstehend erläuterten Preßstoffmäntel
über. Dieses Merkmal ist zu sehen in Verbindung mit dem
weiter unten erläuterten besonders bevorzugten
Herstellungsverfahren und dem bei dessen Durchführung
verwendeten Leiterrohling.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungs
gemäßen Plankommutators zeichnet sich dadurch aus, daß
der Kern des Trägerkörpers die radial inneren Umfangs
flächen der Kohlenstoffsegmente unter Bildung form
schlüssiger Verbindungen überdeckt. Insbesondere in
Verbindung mit den vorstehend erläuterten, die äußeren
Umfangsflächen der Kohlenstoffsegmente abdeckenden
Preßstoffmänteln ergibt sich eine ausreichend feste
mechanische Verbindung der Kohlenstoffsegmente mit dem
Trägerkörper, so daß auf eine tragende Verbindung der
Kontaktbereiche der Leitersegmente mit den Kohlen
stoffsegmenten verzichtete werden kann (siehe oben).
Gemäß einer wiederum anderen bevorzugten Weiterbildung
der Erfindung ist vorgesehen, daß die Übergangsbereiche
der Leitersegmente entfernt von den Kohlenstoffsegmen
ten an die Kontaktbereiche der Leitersegmente ange
schlossen sind. Auf diese Weise entsteht zwischen den
Übergangsbereichen und ggf. den Anschlußbereichen der
Leitersegmente einerseits und den Kohlenstoffsegmenten
andererseits jeweils ein Spalt, der mit einer Preß
stoffschicht ausgefüllt sein kann. Die von der Kontakt
fläche der Kontaktbereiche der Leitersegmente entfern
ten Anschlüsse der Übergangsbereiche wirken sich in
einer erheblich verringerten Wärmeübertragung von den
Übergangsbereichen der Leitersegmente auf die Kohlen
stoffsegmente aus. Die Wirkung der Preßstoffschicht
besteht überdies in einem verbesserten Schutz der
elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Kontakt
bereichen der Leitersegmente und den Kohlenstoffsegmen
ten gegenüber aggressiven Medien.
Eine wiederum andere bevorzugte Weiterbildung der
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an den
Anschlußbereichen Kontaktfahnen angeordnet sind, die
endseitig abgeschrägt sind. Eine derartige, der äußeren
Umfangsfläche des zugeordneten Anschlußbereichs
zugewandte Abschrägung führt zu einer Verringerung der
Kontaktfläche zwischen den an die Anschlußbereiche der
Leitersegmente herangebogenen Kontaktfahnen und den
Anschlußbereichen der Leitersegmente nahe der Verbin
dung zu den Kohlenstoffsegmenten. Dies ist wiederum
günstig im Hinblick auf eine möglichst geringe Über
tragung der beim Schweißen der Drähte der Rotorwicklung
an die Leitersegmente entstehenden Wärme auf die
elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den
Anschlußbereichen der Leitersegmente und den Kohlen
stoffsegmenten.
Des weiteren ist es von Vorteil, wenn die Kohlen
stoffsegmente an ihren äußeren, den Leitersegmenten
zugewandten Umfangskanten gestuft ausgeführt sind. Auf
diese Weise entsteht in diesem Bereich eine ringförmige
Verstärkung aus Preßstoff, wodurch ein besonders guter
Schutz der betreffenden Kante der Kohlenstoffscheibe
bewirkt wird.
Der zur Herstellung des vorstehenden Kommutators zweck
mäßigerweise verwendete Leiterrohling umfaßt eine Mehr
zahl von Leitersegmenten, von denen jeweils zwei über
ein Brückenteil miteinander verbunden sind, wobei die
Leitersegmente jeweils einen am Außenumfang des Leiter
rohlings angeordneten, dickwandigen Anschlußbereich,
einen stirnseitig angeordneten, ebenfalls dickwandigen
Kontaktbereich und einen zwischen dem Anschlußbereich
und dem Kontaktbereich angeordneten dünnwandigen Über
gangsbereich aufweisen. Besonders bevorzugt sind dabei
die Brückenteile zwischen den Anschlußbereichen zweier
benachbarter Leitersegmente angeordnet, und zwar
derart, daß die Brückenteile und die Anschlußbereiche
der Leitersegmente dieselbe axiale Erstreckung
aufweisen und längs ihrer gesamten axialen Erstreckung
über Verbindungsstege miteinander verbunden sind. Durch
die vorstehend beschriebene Anordnung und Bemessung der
Brückenteile ergeben sich auf beiden Stirnseiten des
rohrförmigen Leiterrohlings in jeweils einer senkrecht
zur Achse angeordneten Ebene liegende, ringförmig
geschlossene Flächen. Diese eignen sich in hervorragen
der Weise als Dichtflächen für die beiden Hälften eines
Spritzwerkzeugs, das beim Spritzen des Trägerkörpers
aus Preßstoff eingesetzt wird. Der durch die Anschluß
bereiche, die Brückenteile und die Verbindungsstege
umlaufend geschlossene rohrförmige Leiterrohling
schließt somit im Zusammenwirken mit den beiden Hälften
des Spritzwerkzeugs den mit Preßstoff zu füllenden Raum
dicht ab.
Die rohrförmige Gestalt des Leiterrohlings ermöglicht
im übrigen, daß sich die beiden Hälften des Spritzwerk
zeugs im Bereich ihrer jeweiligen Dichtfläche mit dem
Leiterrohling exakt gegenüberstehen. Dies ist besonders
günstig im Hinblick auf die hohen Schließkräfte. Denn
diese werden von dem Leiterrohling ohne nachteilige
Verformung aufgenommen. Die Schließkräfte rufen in dem
rohrförmigen Leiterrohling im wesentlichen alleine
Druckspannungen hervor.
Der erfindungsgemäß vorgesehene, weiter oben erläuterte
dünnwandige Übergangsbereich zwischen dem Anschlußbe
reich und dem Kontaktbereich eines jeden Leitersegments
wirkt sich im übrigen nicht allein durch sein Wärme
leitwiderstand (siehe oben) als vorteilhaft aus.
Hervorzuheben ist des weiteren die durch die dünnwan
digen Übergangsbereiche bereitgestellte federnde axiale
Nachgiebigkeit der Kontaktbereiche der Leitersegmente.
Denn dies begrenzt die beim Schließen des Spritzwerk
zeuges auf die Kohlenstoffringscheibe ausgeübte Kraft.
Durch Einfedern der Kontaktbereiche beim Schließen des
Spritzwerkzeuges ist der auf die Kohlenstoffringscheibe
ausgeübte Druck kontrollierbar; die Hauptschließkraft
wird in Druckspannungen in den Anschlußbereichen, den
Brückenteilen und den Verbindungsstegen umgesetzt. Die
wirksame Begrenzung des auf die Kohlenstoffringscheibe
wirkenden Druckes reduziert die Gefahr einer
Beschädigung der Kohlenstoffringscheibe während der
Herstellung des Plankommutators und trägt auf diese
Weise zu einer Reduzierung des Ausschusses bei.
Die weiter oben erläuterte ringförmige Abstützung der
beiden Hälften des Spritzwerkzeuges an den beiden
einander gegenüberliegenden ringförmigen Dichtflächen
des Leiterrohlings zieht nach sich, daß die äußere
Umfangsfläche der Preßstoffmäntel, sofern solche vorge
sehen sind, einen geringeren Abstand zur Kommutator
achse aufweisen als die äußeren Umfangsflächen der
Anschlußbereiche der Leitersegmente. Dementsprechend
stehen die Anschlußbereiche der Leitersegmente unter
Bildung einer Stufe radial über die äußeren Umfangs
flächen der Preßstoffmäntel über.
Die Wandstärke der weiter oben erläuterten Verbindungs
stege ist besonders bevorzugt erheblich geringer als
die Wandstärke der Brückenteile. Dies reicht aus, um
dem beim Spritzen des Trägerkörpers aus Preßstoff
bestehenden Druck standzuhalten. Die geringe Wandstärke
der Verbindungsstege erleichtert das spätere, nach dem
Formen des Trägerkörpers erfolgende Entfernen der
Brückenteile. In diesem Zusammenhang erweist es sich
als besonders vorteilhaft, wenn der Abstand der radial
inneren Umfangsflächen der Brückenteile zur Kommutator
achse zumindest gleich, besonders bevorzugt sogar
geringfügig größer ist als der Abstand der radial
äußeren Umfangsflächen der Anschlußbereiche der Leiter
segmente zur Kommutatorachse. Denn dies ermöglicht das
Abscheren bzw. Stoßen der Brückenteile nach dem Formen
des Trägerkörpers durch einen axial wirkenden Stempel.
Ein aufwendiges Abdrehen der äußeren Umfangsfläche des
Plankommutators, um die Brückenteile zu entfernen, ist
in diesem Falle nicht erforderlich.
Im Rahmen der Herstellung des erfindungsgemäßen
Plankommutators kommt besonders bevorzugt eine Kohlen
stoffringscheibe zum Einsatz. Diese wird mit dem
Leiterrohling zusammengefügt, wobei besonders bevorzugt
die Kontaktbereiche der Leitersegmente an der Stirn-
seite der Kohlenstoffringscheibe an Kontaktflächen
anliegen, welche von umlaufend geschlossenen oder aber
offenen rahmenartigen Erhebungen ganz oder teilweise
umschlossen sind, deren Innenkontur zu der Außenkontur
der Kontaktbereiche der Leitersegmente korrespondiert
(siehe oben). Die Einheit aus Leiterrohling und
Kohlenstoffringscheibe wird dann zur Bildung des
Trägerkörpers aus Preßstoff in ein Spritzwerkzeug
eingelegt. Nachdem der Trägerkörper geformt worden ist,
wird die Kohlenstoffringscheibe durch Trennschnitte in
einzelne Kohlenstoffsegmente unterteilt.
Die vorstehend erläuterten rahmenartigen Erhebungen der
Kohlenstoffringscheibe sind vollständig in Preßstoff
eingebettet bzw. von diesem umschlossen. Dies gewähr
leistet, insbesondere bei umlaufend geschlossener
Ausführung der rahmenartigen Erhebungen, nicht nur
einen optimalen Schutz der Kontaktflächen zwischen den
Kohlenstoffsegmenten und den Leitersegmenten gegen
aggressive Medien. Es führt auch zu einer selbständigen
Fixierung der Kohlenstoffsegmente in dem Trägerkörper
in Umfangsrichtung und trägt zu einer Fixierung der
Kohlenstoffsegmente im Trägerkörper in radialer
Richtung bei.
Sollen die elektrisch leitenden Verbindungen der
Kohlenstoffsegmente mit den Kontaktbereichen der
Leitersegmente durch Löten hergestellt werden, so ist
die Kohlenstoffringscheibe zuvor zumindest an den
späteren Kontaktflächen zu metallisieren. Hierzu eignen
sich als solches bekannte galvanische Verfahren. In
diesem Falle ist zweckmäßigerweise die Kohlenstoffring
scheibe auf ihrer gesamten Stirnfläche metallisiert;
und die rahmenartigen Erhebungen sind bevorzugt offen
ausgeführt. Gemäß einem besonderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung erfolgt die Metallisierung
allerdings bevorzugt durch Hochdruckverpressen von
Metallpartikeln, insbesondere von - ggf. versilbertem -
Cu- oder Ag-Pulver, in den späteren Kontaktflächen der
Kohlenstoffringscheibe mit anschließendem Versintern.
Diese Form der Metallisierung der Kohlenstoffring
scheibe beschränkt sich bevorzugt auf die späteren
Kontaktflächen, wobei diese wiederum bevorzugt durch
umlaufend geschlossene rahmenartige Erhebungen umgrenzt
sind.
Der erfindungsgemäße Plankommutator verfügt gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung über eine zentrische Bohrung,
die einen aufgeweiteten Bereich aufweist, der sich von
der Lauffläche her in axialer Richtung über die Tiefe
der zwischen den Kohlenstoffsegmenten vorgesehenen
Trennschnitte erstreckt. Besonders bevorzugt ist dabei
der aufgeweitete Bereich konisch ausgeführt. Dies
reduziert die Gefahr einer Kurzschlußbildung durch
Kohlen- und/oder Metallstaub über die Welle, auf die
der Kommutator aufgesteckt ist. Durch die Konizität
wird dennoch die Steifigkeit des Kommutators weitest
gehend beibehalten.
Aus den vorstehenden Erläuterungen der vorliegenden
Erfindung ist ersichtlich, daß diese einen Plankommu
tator mit bisher nicht bekannten Eigenschaften bereit
stellt. Insbesondere zeichnet sich der erfindungsgemäße
Plankommutator durch eine insbesondere durch die hohe
Stabilität begründete überragende Qualität aus, wobei
besonders geringe Abmessungen möglich sind. Zudem ist
das Umspritzen der Kohlenstoffsegmente einfach möglich;
und das Spritzwerkzeug kann besonders einfach aufgebaut
sein. Der Leiterrohling kann darüber hinaus innen und
außen eine durchgehende Kontur aufweisen, so daß er
sich in eine Matrize einlegen läßt.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand
eines in der Zeichnung veranschaulichten bevorzugten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen gemäß der
vorliegenden Erfindung aufgebauten Plankommu
tator,
Fig. 2 den Plankommutator gemäß Fig. 1 in Seitenan
sicht,
Fig. 3 den zur Herstellung des Plankommutators gemäß
den Fig. 1 und 2 verwendeten Leiterrohling im
Axialschnitt,
Fig. 4 den Leiterrohling gemäß Fig. 3 in Draufsicht
von oben (Pfeil IV in Fig. 3),
Fig. 5 den Leiterrohling gemäß den Fig. 3 und 4 in
Draufsicht von unten (Pfeil V in Fig. 3),
Fig. 6 die zur Herstellung des Plankommutators gemäß
den Fig. 1 und 2 verwendete Kohlenstoffring
scheibe in perspektivischer Ansicht,
Fig. 7 eine zweite bevorzugte Ausführungsform der zur
Herstellung eines erfindungsgemäßen Plankommu
tators verwendeten Kohlenstoffringscheibe,
Fig. 8 einen Axialschnitt durch eine weitere bevor
zugte Ausführungsform eines gemäß der
vorliegenden Erfindung aufgebauten Plankommuta
tors und
Fig. 9 einen Axialschnitt durch eine nochmals andere
bevorzugte Ausführungsform eines gemäß der
vorliegenden Erfindung aufgebauten Plankommuta
tors.
Der Plankommutator gemäß den Fig. 1 und 2 umfaßt einen
aus isolierendem Preßstoff gefertigten Trägerkörper 1,
acht gleichmäßig um die Achse 2 herum verteilt angeord
nete Leitersegmente 3 und acht Kohlenstoffsegmente 4,
von denen jedes mit jeweils einem Leitersegment 3
elektrisch leitend verbunden ist. Der Trägerkörper 1
weist eine zentrische Bohrung 5 auf. In diesem Umfang
entspricht der Plankommutator gemäß den Fig. 1 und 2
dem verbreitet eingesetzten Stand der Technik, so daß
der grundsätzliche Aufbau nicht detaillierter erläutert
zu werden braucht.
Die aus Kupfer bestehenden Leitersegmente 3 sind, wie
weiter unten detailliert erläutert wird, aus dem in den
Fig. 3 bis 5 dargestellten Leiterrohling hervorgegan
gen. Sie umfassen drei Zonen, nämlich den Anschluß
bereich 6, den Kontaktbereich 7 und den die beiden
vorstehend genannten Bereiche miteinander verbindenden
Übergangsbereich 8. An jedem der Kontaktbereiche 6 ist
eine Kontaktfahne 9 angeordnet. Diese dient der
elektrisch leitenden Verbindung eines Wicklungsdrahts
10 mit dem betreffenden Leitersegment 3. Die Kontakt
fahnen 9 weisen endseitig (vgl. Fig. 3) eine Abschrä
gung 11 auf, und zwar an jener Fläche, die bei dem
fertigen Plankommutator radial nach innen weist und dem
zugeordneten Anschlußbereich 6 des betreffenden Leiter
segments 3 benachbart ist.
Zur besseren Verankerung der Leitersegmente 3 in dem
Trägerkörper 1 steht von den Anschlußbereichen 6 jedes
Leitersegments 3 schräg nach innen eine Halteklaue 12
vor. Zu dem selben Zweck sind an den radial inneren
Enden der Kontaktbereiche 7 der Leitersegmente 3 Anker
teile 13 vorgesehen, die im wesentlichen achsparallel
von den Kontaktbereichen abstehen. Die Ankerteile 13
weisen an ihrer radial äußeren Umfangsfläche Einkerbun
gen 14 auf.
Von besonderer Bedeutung für die vorliegende Erfindung
ist die Dimensionierung der Leitersegmente 3 in ihren
verschiedenen Abschnitten. Während die - in radialer
Richtung gemessene - Dicke der Anschlußbereiche 6 und
die - in axialer Richtung gemessene - Dicke der
Kontaktbereiche 7 groß ist, sind die Übergangsbereiche
8 besonders dünnwandig ausgeführt. Die Übergangs
bereiche 8 sind entfernt von den Kohlenstoffsegmenten 4
an die Kontaktbereiche 7 angeschlossen, so daß keine
Berührung besteht zwischen den Anschlußbereichen 6 und
den Übergangsbereichen 8 der Leitersegmente 3 einer
seits und den Kohlenstoffsegmenten 4 andererseits.
Die Kontaktbereiche 7 der Leitersegmente 3 liegen
vollflächig an Kontaktflächen 15 an, welche stirnseitig
an den Kohlenstoffsegmenten 4 angeordnet sind. Im
Bereich der Kontaktflächen 15 ist zwischen den Kontakt
bereichen 7 der Leitersegmente 3 und den Kohlenstoff
segmenten 4 ein elektrisch leitendes Kontaktmaterial 16
aufgenommen. Die Kontaktflächen 15 sind von umlaufend
geschlossenen rahmenartigen Erhebungen 27 (vgl. Fig. 6)
umgeben, welche von der Stirnfläche 28 der Kohlenstoff
segmente 4 vorstehen. Die Innenkontur der rahmenartigen
Erhebungen 27 der Kohlenstoffsegmente 4 ist derart an
die Kontur der Kontaktbereiche 7 der Leitersegmente 3
dichtend angepaßt, daß beim Formen des Trägerkörpers 1
kein Preßstoff an die Kontaktflächen 15 gelangen kann.
Die Kohlenstoffsegmente 4 sind an ihren radial äußeren
Umfangsflächen jeweils von einem Preßstoffmantel 17 des
Trägerkörpers 1 abgedeckt. Dabei besteht durch eine
gestufte Ausführung der äußeren Umfangsfläche der
Kohlenstoffsegmente 4 eine formschlüssige Verbindung zu
dem jeweiligen Preßstoffmantel 17. Die Anschlußbereiche
6 der Leitersegmente 3 stehen radial geringfügig über
die äußeren Umfangsflächen der Preßstoffmäntel 17 über,
wodurch am Außenumfang des Plankommutators eine Stufe
18 entsteht.
Der Kern des Trägerkörpers 1 überdeckt auch die radial
inneren Umfangsflächen der Kohlenstoffsegmente 4. Auch
hier besteht infolge einer gestuften Ausführung der
radial inneren Umfangsflächen der Kohlenstoffsegmente 4
eine formschlüssige Verbindung. Die formschlüssigen
Verbindungen der Kohlenstoffsegmente 4 mit dem Träger
körper 1 im Bereich ihrer radial inneren und äußeren
Umfangsflächen gewährleistet einen dauerhaften Halt der
Kohlenstoffsegmente in dem Trägerkörper 1. Auch in
Umfangsrichtung greifen die Kohlenstoffsegmente 4
formschlüssig in den Trägerkörper 1 ein, und zwar über
die rahmenartigen Erhebungen 27.
Zu erkennen ist in Fig. 1 schließlich die Preßstoff
schicht 19, die zwischen den Anschlußbereichen 6 und
den Übergangsbereichen 8 der Leitersegmente 3 und den
zugeordneten Kohlenstoffsegmenten 4 besteht. Die Dicke
jener Preßstoffschicht 19 hängt insbesondere ab von dem
Verhältnis der Dicken der Übergangsbereiche 8 und der
Kontaktbereiche 7 der Leitersegmente 3 zueinander.
Die Radialschnitte 20, mit denen im Rahmen der
Herstellung des Plankommutators eine zunächst
einstückige Kohlenstoffringscheibe (vgl. Fig. 6 und 7)
in die einzelnen Kohlenstoffsegmente 4 unterteilt
wurde, sind ebenfalls dargestellt.
Fig. 2 veranschaulicht die besonders großformatige
äußere Umfangsfläche der Anschlußbereiche 6 der Leiter
segmente 3. Beidseitig der Kontaktfahnen 9 stehen zwei
vergleichsweise große Zonen für den Kontakt mit
Schweißelektroden während der Verschweißung des
Wicklungsdrahts 10 mit dem betreffenden Leitersegment
zur Verfügung.
Die Fig. 3 bis 5 veranschaulichen den zur Herstellung
des Plankommutators gemäß den Fig. 1 und 2 verwendeten
Leiterrohling im Schnitt, in Draufsicht von oben und in
Draufsicht von unten. Viele Details des Leiterrohlings
ergeben sich unmittelbar aus der vorstehenden Erläute
rung der Fig. 1 und 2; insoweit wird Bezug genommen auf
die vorstehenden Ausführungen. Ein wichtiges Merkmal
des Leiterrohlings ist seine am Umfang vollständig
geschlossene rohrförmige Gestalt. Zwischen jeweils zwei
Anschlußbereichen 6 besteht ein Brückenteil 21. Die
Brückenteile 21 und die Anschlußbereiche 6 der Leiter
segmente 3 weisen dieselbe axiale Erstreckung auf und
sind längs ihrer gesamten axialen Erstreckung über
Verbindungsstege 22 miteinander verbunden. Hierdurch
ergeben sich auf beiden Stirnseiten des Leiterrohlings
geschlossene ringförmige Flächen 23 und 24, die sich
abwechselnd aus den Stirnflächen der Anschlußbereiche 6
der Leitersegmente 3 und der Brückenteile 21 zusammen
setzen. Dies ist, wie weiter oben erläutert, von
besonderem Vorteil für einen dichten Abschluß des
Preßwerkzeugs am Leiterrohling, wobei die im Hinblick
auf die extrem hohen Spritzdrücke erforderlichen hohen
Schließkräfte nicht zu einer schädlichen Verformung des
Leiterrohlings führen.
Die Verbindungsstege 22 sind - durch entsprechende
Dimensionierung der Nuten 23 - extrem dünnwandig ausge
führt. Dies gestattet, daß die Brückenteile 21, nachdem
der Trägerkörper 1 angespritzt worden ist, durch Stoßen
in axialer Richtung in einem einzigen Arbeitsgang
entfernt werden können. Hierzu ist im übrigen vorge
sehen, daß der Abstand 24 der radial inneren Umfangs
flächen der Brückenteile 21 zur Kommutatorachse 2 nicht
kleiner, sondern gleich, besonders bevorzugt minimal
größer als der Abstand 25 der radial äußeren Umfangs
flächen der Anschlußbereiche 6 der Leitersegmente 3
zur Kommutatorachse 2.
In Fig. 6, die die zur Herstellung des Plankommutators
gemäß den Fig. 1 und 2 verwendete Kohlenstoffring
scheibe veranschaulicht, ist die Ausformung der stirn
seitig vorgesehenen rahmenartigen Erhebungen 27, welche
die Kontaktflächen 15 umschließen, gut zu erkennen. Im
Vergleich mit Fig. 5 ist auch erkennbar, daß die Innen
kontur der rahmenartigen Erhebungen 27 auf die Außen
kontur der Kontaktbereiche 7 der Leitersegmente 3 abge
stimmt ist.
Zu erkennen ist in Fig. 6 des weiteren die profilierte
äußere und innere Umfangsfläche der Kohlenstoffring
scheibe, die einer formschlüssigen Verbindung der
späteren Kohlenstoffsegmente 4 mit dem Preßstoff des
Trägerkörpers 1 im Bereich des Kerns bzw. des
jeweiligen Preßstoffmantels 17 dient.
Die Kontaktflächen 15 sind durch Einpressen von Metall
pulver in die Oberfläche vor dem Versintern
metallisiert worden.
Die in Fig. 7 veranschaulichte Kohlenstoffringscheibe
unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 6 dadurch,
daß die rahmenartigen Erhebungen 27 nicht umlaufend
geschlossen sondern vielmehr offen sind. Sie umgeben
die Kontaktflächen 15 somit nur teilweise; entsprechend
umgeben sie in dem fertigen Plankommutator auch die
Kontaktbereiche 7 der Leitersegmente 3 nur teilweise.
Für eine zuverlässige Justierung des Leiterrohlings und
der Kohlenstoffringscheibe zueinander während der
Herstellung des Plankommutators ist dies ausreichend.
Die gesamte Stirnfläche der Kohlenstoffringscheibe ist
durch Galvanisieren metallisiert worden.
Fig. 8 veranschaulicht einen weiteren gemäß der
vorliegenden Erfindung aufgebauten Plankommutator, der
sich durch die nachstehend angegebenen Merkmale von dem
Plankommutator gemäß Fig. 1 unterscheidet:
Ein erster Unterschied des Plankommutators gemäß Fig. 8 gegenüber demjenigen gemäß Fig. 1 betrifft die Verankerung des Preßstoffmantels 17 des Trägerkörpers 1 mit den Anschlußbereichen 6 der Leitersegmente 3 über eine Verzahnung 31. Diese ist gebildet durch eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Axialnut 32 in den Anschlußbereichen 6 der Leitersegmente und einer in diese Nut eingreifenden Preßstoffrippe 33. Erkennbar ist dabei der Hinterschnitt der Nut 32, der entsteht durch Stauchen der äußeren ringförmigen Begrenzung der Nut beim Schließen des Spritzwerkzeugs, in welchem der Trägerkörper 1 angeformt worden ist.
Ein erster Unterschied des Plankommutators gemäß Fig. 8 gegenüber demjenigen gemäß Fig. 1 betrifft die Verankerung des Preßstoffmantels 17 des Trägerkörpers 1 mit den Anschlußbereichen 6 der Leitersegmente 3 über eine Verzahnung 31. Diese ist gebildet durch eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Axialnut 32 in den Anschlußbereichen 6 der Leitersegmente und einer in diese Nut eingreifenden Preßstoffrippe 33. Erkennbar ist dabei der Hinterschnitt der Nut 32, der entsteht durch Stauchen der äußeren ringförmigen Begrenzung der Nut beim Schließen des Spritzwerkzeugs, in welchem der Trägerkörper 1 angeformt worden ist.
Im übrigen zeigt ein Vergleich der Fig. 8 und 1
miteinander, daß der Plankommutator gemäß Fig. 8 über
eine anders ausgeführte zentrische Bohrung 5 verfügt.
Denn hier weist die Bohrung 5 eine konische Erweiterung
34 auf, welche über eine Stufe 35 an den zylindrischen
Abschnitt 36 der Bohrung anschließt. Die Trennschnitte
20, mittels welchen die Kohlenstoffringscheibe in die
einzelnen Kohlenstoffsegmente 4 unterteilt wird, münden
in den aufgeweiteten Bereich 34 der zentrischen Bohrung
5.
Die Kohlenstoffsegmente 4 sind lediglich im Bereich der
von den rahmenartigen Erhebungen 27 umschlossenen
Kontaktflächen 15 metallisiert, und zwar durch
Einpressen von Metallpulver in die Oberfläche der
Kohlenstoffringscheibe vor dem Sintern. Die Kohlen
stoffsegmente sind mit den Leitersegmenten durch
Weichlöten elektrisch leitend verbunden.
Im übrigen entspricht der in Fig. 8 veranschaulichte
Plankommutator demjenigen gemäß Fig. 1, so daß zur
Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden
Ausführungen verwiesen wird.
Der in Fig. 9 dargestellte Plankommutator entspricht,
was die Ausführung der zentrischen Bohrung 5 angeht,
dem Plankommutator gemäß Fig. 8. Im übrigen ist auch
hier wiederum eine Verzahnung 31 der Preßstoffmäntel 17
mit den Anschlußbereichen 6 der Leitersegmente 3 vorge
sehen.
Wesentlich für den Plankommutator gemäß Fig. 9 ist, daß
die Kontaktbereiche 3 der Leitersegmente 3 mit den
Kohlenstoffsegmenten 4 vollflächig verlötet sind.
Anders, als dies für die zuvor erläuterten Ausführungs
formen zutrifft, sind hier die Kontaktflächen nicht
durch rahmenartige Erhebungen begrenzt. Die Kohlen
stoffsegmente 4 liegen mit ihrer gesamten Stirnfläche
an den Kontaktbereichen 7 der Leitersegmente 3 an. Die
Kohlenstoffringscheibe, aus der die Kohlenstoffsegmente
4 hervorgegangen sind, ist durch Galvanisieren auf
ihrer Stirnfläche vollständig metallisiert worden.
Hinzuweisen ist im übrigen auf die formschlüssige
Verbindung des Preßstoffmantels 17 des Trägerkörpers 1
mit den äußeren Umfangsflächen der Kohlenstoffsegmente
4 durch eine Wellung 30. Diese ist nach dem Auflöten
der Kohlenstoffringscheibe auf den Leiterrohling durch
radiales Abdrehen hergestellt worden, wobei zugleich
überstehendes Lot entfernt wurde.
Im übrigen ist Fig. 9 deutlich entnehmbar, daß die
Übergangsbereiche 8 der Leitersegmente 3 keineswegs
zwingend radial orientiert sein müssen, so wie dies in
den Fig. 1 und 8 dargestellt ist, sondern daß vielmehr
die Übergangsbereiche 8 der Leitersegmente 3 durchaus
auch axial orientiert sein können. Von Bedeutung ist
allein, daß ihre - senkrecht zur Wärmeflußrichtung -
orientierte Querschnittsfläche so gering ist, daß ein
wirksamer Wärmeflußwiderstand zwischen dem Anschluß
bereich 6 und dem Kontaktbereich 7 des jeweiligen
Leitersegments 3 entsteht.
Claims (34)
1. Plankommutator für eine elektrische Maschine, umfassend
einen aus isolierendem Preßstoff gefertigten Träger
körper (1), eine Mehrzahl von Leitersegmenten (3) und
eine ebenso große Anzahl von Kohlenstoffsegmenten (4),
welche stirnseitig angeordnet sind und mit den Leiter
segmenten (3) elektrisch leitend verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leitersegmente (3) jeweils einen am Umfang des
Trägerkörpers (1) angeordneten, dickwandigen Anschluß
bereich (6), einen zwischen dem Trägerkörper (1) und
dem zugeordneten Kohlenstoffsegment (4) angeordneten,
ebenfalls dickwandigen Kontaktbereich (7) und einen
zwischen dem Anschlußbereich (6) und dem Kontaktbereich
(7) angeordneten dünnwandigen Übergangsbereich (8)
aufweisen.
2. Plankommutator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wandstärke der Übergangsbereiche (8) der
Leitersegmente (3) weniger als 60% der Wandstärke der
Kontaktbereiche (7) beträgt.
3. Plankommutator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußbereiche (6) sich über mindestens 80%
des Umfangs des Plankommutators erstrecken.
4. Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Übergangsbereiche (8) radial zur
Kommutatorachse (2) orientiert sind.
5. Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Übergangsbereiche (8) axial zur Kommutatorachse
(2) orientiert sind.
6. Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Anschlußbereichen (6) und den
Übergangsbereichen (8) der Leitersegmente (3) und den
Kohlenstoffsegmenten (4) jeweils eine Preßstoffschicht
(19) besteht.
7. Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß an den Anschlußbereichen (6) Kontaktfahnen (9)
angeordnet sind, die endseitig abgeschrägt sind, wobei
die Abschrägungen (11) den Umfangsflächen der Anschluß
bereiche (6) zugewandt sind.
8. Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wandstärke der Kontaktbereiche (7) der Leiter
segmente (3) mindestens dem 0,4-fachen Wert der
Erstreckung der Kontaktbereiche (7) in Umfangsrichtung
beträgt.
9. Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktbereiche (7) der Leitersegmente (3)
vollflächig elektrisch leitend an Kontaktflächen (15)
anliegen, welche stirnseitig an den Kohlenstoffseg
menten (4) angeordnet sind.
10. Plankommutator nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktflächen (15) zumindest teilweise von
rahmenartigen Erhebungen (27) umschlossen sind, die von
der Stirnfläche (28) der Kohlenstoffsegmente (4)
vorspringen.
11. Plankommutator nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktflächen (15) sich über die gesamten
zugeordneten Stirnflächen der Kohlenstoffsegmente (4)
erstrecken, so daß die Kohlenstoffsegmente (4)
vollflächig elektrisch leitend mit den Kontaktbereichen
(7) der Leitersegmente (3) verbunden sind.
12. Plankommutator nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich der Kontaktflächen (15) zwischen den
Kontaktbereichen (7) der Leitersegmente (3) und den
Kohlenstoffsegmenten (4) ein elektrisch leitendes
Kontaktmaterial (16) aufgenommen ist.
13. Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kohlenstoffsegmente (4) an ihren radial äußeren
Umfangsflächen jeweils von einem Preßstoffmantel (17)
des Trägerkörpers (1) abgedeckt sind.
14. Plankommutator nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußbereiche (6) der Leitersegmente (3)
eine sich zumindest teilweise in Umfangsrichtung
erstreckende Axialnut (32) aufweisen, in welche eine
Rippe (33) des Preßstoffmantels (17) eingreift.
15. Plankommutator nach Anspruch 13 oder Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußbereiche (6) der Leitersegmente (3)
radial über die äußeren Umfangsflächen der Preßstoff
mäntel (17) überstehen.
16. Plankommutator nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen äußeren Umfangsflächen der Kohlenstoff
segmente (4) und den Preßstoffmänteln (17) jeweils
formschlüssige Verbindungen bestehen.
17. Plankommutator nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die formschlüssige Verbindung als Wellung (30)
ausgebildet ist.
18. Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Trägerkörper (1) die radial inneren Umfangs
flächen der Kohlenstoffsegmente (4) unter Bildung form
schlüssiger Verbindungen überdeckt.
19. Plankommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kohlenstoffsegmente (4) an ihren äußeren, den
Leitersegmenten (3) zugewandten Umfangskanten gestuft
ausgeführt sind.
20. Leiterrohling zur Verwendung bei der Herstellung eines
Plankommutators nach Anspruch 1, umfassend eine Mehr
zahl von Leitersegmenten (3), von denen jeweils zwei
über ein Brückenteil (21) miteinander verbunden sind,
wobei die Leitersegmente (3) jeweils einen am Umfang
des Leiterrohlings angeordneten, dickwandigen Anschluß
bereich (6), einen stirnseitig angeordneten, ebenfalls
dickwandigen Kontaktbereich (7) und einen zwischen dem
Anschlußbereich (6) und dem Kontaktbereich (7) angeord
neten dünnwandigen Übergangsbereich (8) aufweisen.
21. Leiterrohling nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Brückenteile (21) zwischen den Anschluß
bereichen (6) zweier benachbarter Leitersegmente (3)
angeordnet sind.
22. Leiterrohling nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Brückenteile (21) und die Anschlußbereiche (6)
der Leitersegmente (3) dieselbe axiale Erstreckung
aufweisen und längs ihrer gesamten axialen Erstreckung
über Verbindungsstege (22) miteinander verbunden sind.
23. Leiterrohling nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wandstärke der Verbindungsstege (22) erheblich
geringer ist als die Wandstärke der Brückenteile (21).
24. Leiterrohling nach einem der Ansprüche 21 bis 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand der radial inneren Umfangsflächen der
Brückenteile (21) zur Kommutatorachse (2) gleich oder
geringfügig größer ist als der Abstand der radial
äußeren Umfangsflächen der Anschlußbereiche (6) der
Leitersegmente (3) zur Kommutatorachse (2).
25. Leiterrohling nach einem der Ansprüche 20 bis 24,
dadurch gekennzeichnet,
daß an den radial inneren Enden der Kontaktbereiche (7)
der Leitersegmente (3) Ankerteile (13) vorgesehen sind,
die im wesentlichen achsparallel von den Kontaktberei
chen (7) abstehen.
26. Leiterrohling nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ankerteile (13) an ihrer radial äußeren
Umfangsfläche Einkerbungen (14) aufweisen.
27. Kohlenstoffringscheibe zur Verwendung bei der
Herstellung eines Plankommutators nach Anspruch 1,
wobei auf einer Stirnfläche eine Mehrzahl von ganz oder
teilweise geschlossenen rahmenartigen Erhebungen (27)
vorgesehen ist, die von der Stirnfläche (28) der
Kohlenstoffringscheibe vorspringen und Kontaktflächen
(15) umgrenzen.
28. Kohlenstoffringscheibe nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet,
daß die rahmenartigen Erhebungen (27) umlaufend
geschlossen sind, wobei eine sich auf die Kontakt
flächen (15) beschränkende lötbare Metallschicht
vorgesehen ist, die aus in die Kohlenstoffringscheibe
eingepreßten und gesinterten Metallpartikeln besteht.
29. Kohlenstoffringscheibe nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet,
daß die rahmenartigen Erhebungen (27) offen ausgeführt
sind, wobei die Stirnfläche (28) der Kohlenstoffring
scheibe vollflächig eine durch Galvanisieren herge
stellte Metallisierung aufweist.
30. Verfahren zur Herstellung eines Plankommutators nach
Anspruch 1, umfassend die folgenden Schritte:
- - Herstellen eines Leiterrohlings umfassend eine Mehrzahl von Leitersegmenten (3), von denen jeweils zwei über ein Brückenteil (21) miteinander verbunden sind, wobei die Leitersegmente (3) jeweils einen am Umfang des Leiterrohlings angeordneten, dickwandigen Anschlußbereich (6), einen stirnseitig angeordneten, ebenfalls dickwandigen Kontaktbereich (7) und einen zwischen dem Anschlußbereich (6) und dem Kontakt bereich (7) angeordneten dünnwandigen Übergangs bereich (8) aufweisen;
- - Herstellen einer Kohlenstoffringscheibe, die auf einer Stirnfläche (28) eine der Anzahl der Leiterseg mente (3) des Leiterrohlings entsprechende Anzahl von rahmenartigen Erhebungen (27) aufweist;
- - Zusammenfügen des Leiterrohlings mit der Kohlen stoffringscheibe, wobei die Kontaktbereiche (7) der Leitersegmente (3) unter Herstellung elektrisch leitender Verbindungen an den von den rahmenartigen Erhebungen (27) umschlossenen Kontaktflächen (15) anliegen;
- - Anspritzen eines aus isolierendem Preßstoff bestehen den Trägerkörpers (1) an das Verbundteil in einem Spritzwerkzeug;
- - Öffnen der Brückenteile (21);
- - Einschneiden der Kohlenstoffringscheibe zwischen jeweils zwei Leitersegmenten (3) bis zum Trägerkörper zur Bildung der Kohlenstoffsegmente (4).
31. Verfahren nach Anspruch 30,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrisch leitende Verbindung zwischen den
Kontaktbereichen (7) der Leitersegmente (3) und den
Kohlenstoffsegmenten (4) durch Löten hergestellt wird.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 oder 31,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Hälften des Spritzwerkzeugs an zwei auf
beiden Stirnseiten des Leiterrohlings angeordneten,
ringförmig geschlossenen, jeweils in einer auf der
Achse (2) senkrecht stehenden Ebene verlaufenden Dicht
flächen (23, 24) dichtend anliegen.
33. Verfahren nach Anspruch 32,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Dichtflächen (23, 24) einander gegen
überstehen.
34. Verfahren nach Anspruch 30,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktflächen (15) der Kontaktbereiche (7) der
Leitersegmente (3) vor dem Zusammenfügen des
Leiterrohlings mit der Kohlenstoffringscheibe mit einer
Rauhigkeit von 50 bis 150 µm bearbeitet und
anschließend mit einer korrosionsbeständigen
Metallbeschichtung versehen werden.
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