DE2202995B2

DE2202995B2 - Verfahren zur Herstellung eines Schleifringkörpers

Info

Publication number: DE2202995B2
Application number: DE19722202995
Authority: DE
Inventors: Heinz 7031 Ehningen Gerlach; Lothar Dipl.-Phys. Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Woerner
Original assignee: Kautt & Bux Ohg 7000 Stuttgart
Current assignee: Kautt & Bux Ohg 7000 Stuttgart
Priority date: 1972-01-22
Filing date: 1972-01-22
Publication date: 1975-09-18
Also published as: DE2202995A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifringkörpers, bei dem zumindest ein Schleifring auf eine Nabe aufgeschoben und dann einer eine Verringerung des Durchmessers bis zu einem festen Sitz auf der Nabe ergebenden Verformung unterworfen wird.

Bei bekannten Schleifringkörpern sind in der Regel die Schleifringe mit Verankerungen versehen, welche ihnen den erforderlichen Halt auf der Nabe geben, welehe in einer Form gepreßt wird, in die auch der Schleifring eingelegt wird oder ein Rohr, das später in einzelne Schleifringe geteilt wird. Die Verankerungen werden durch stirnseitiges Ausschälen von Krallen, durch Erofonnen von Nuten, durch radiales Einsicken oder Anformen sonstiger Verankerungen aus dem Ringkör per gebildet was aber voraussetzt, daß dieser in seiner Wandstärke oder Breite entsprechend groß dimensioniert ist Die Verankerungen erfordern also einen zusätzlichen Aufwand an Material und Bearbeitungskosten. Einen weiteren Materialverlust und einen zusätzlichen Arbeitsgang ergibt das Trennen der einzelnen Schleifringe, das durch relaüv breite Einstiche in das Rohr erfolgt Ein weiterer Nachteil besieht darin, daß die Verankerungen nicht immer einen festen Sitz der Schleifringe gewährleisten können, was auf den unvermeidlichen Schwund der die Nabe bildenden Preßstoffmas*. zurückzuführen ist Außerdem kann es zur Bildung von Rissen in der Nabe kommen.

Nachteilig sind die zur Herstellung solcher Schleifringkörper benutzten Verfahren auch insofern, als das Anschließen der Anschlußelemente entweder zeitraubend und umständlich ist, wenn die AnschtoBelerneme angelötet in Anschlußaugen eingeschraubt oder durch Anklemmen oder Anlöten mit angeformten ösen od. dgl. verbunden werden, oder ein sehr hoher Materialabfall entsteht, wenn die Anschluöelemenie. durch entsprechendes Ausstanzen aus dem Ronr. aus dem der Schleifring hergestellt wird, selbst gebildet werden.

Dit auf die Halteorgane und das Schwinden der Preßmasse zurückzuführenden Nachteile lassen sich zwar dadurch umgehen, daß man als Träger für jeden Schleifring einen Stahlring vorsieht, die alle auf einer mit einem Isoliermantel versehenen Nabe sitzen und auf die je ein Schleifring aufgeschrumpft ist. Die Zwischenräume zwischen den Stahlringen und den Schleifringen sind mit einer Isoliermasse ausgegossen. Nach teihg ist bei solchen Schleifringkörpern aber der aufwendige Aufbau und die dadurch und durch das Aufschrumpfen der Schleifringe erforderlichen hohen Herstellungskosten. Außerdem bestehen bezüglich der Anschlußelemente die gleichen Nachteile wie bei den Schleifringkörpern mit Preßstoffnabe.

Um das Verbinden der Anschlußelemente mit den Schleifringen zu vereinfachen, ist es bekannt (DT-OS 2t 24 078), die Preßstoffnabe in ihrer Außenumfangsfläehe mit Nuten für Anschlußdrähie zu versehen, diesen Nuten im Bereich des zugeordneten Schleifringes eine Tiefe zu geben, die geringer ist als der Durchmesser des Anschlußdrahtes, und nach dem Einlegen der Anschlußdrähte die Schleifringe auf die Preßstoffnabe in axialer Richtung mit PreSsitz aufzuschieben. In denjenigen Bereichen, in denen die Nuttiefe geringer ist als der Durchmesser der Anschlußdrähte, kontaktieren dann die Schleifringe den zugeordneten Anschlußdraht. Der erzielbare Kontaktdruck ist hierbei jedoch im Hinblick darauf, daß der Preßsitz nicht sehr eng gewählt werden kann, da sonst die Schleifringe nicht mehr auf die Preßstoffnabe aufgeschoben werden können, relativ gering, was sich nachteilig auf die Qualität des Kontaktes auswirkt. Außerdem ist das Aufschieben von Schleifringen mit Preßsitz auf die Preßsioffnabe wegen der einzuhaltenden geringen Toleranzen auch fertigungsmäßig nachteilig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifringkörpers zu schaffen, das die Verwendung von verankerungslosen Schleifringen gestattet, jedoch im Vergleich zu den bekannten Verfahren dieser Art die Herstellungskosten und den Materialaufwand vermindert sowie einen guten Kontakt zwischen dem Schleifring und dem An-

ent gewährleistet Bei einem Verfahren der ; genannten Art ist diese Aufgabe erfindungs-"dadurch gelöst, daß die Verformung durch ein

aeüsches Feld erfogt

solche magnetostriktive Verformung der —> ist nicht nur gegenüber den üblichen Herfahren vorteilhaft, bei denen der Schleifring •das später zur Bildung der Schleifringe unterteilte in eine Form eingelegt werden, die mit einer

zur Bildung der Nabe ausgepreßt wird. 1 auch gegenüber denjenigen Verfahren, bei dedie Schleifringe durch vorheriges Erhitzen auf iltragringe aufgeschrumpft oder mit Preßsitz auf Nabe aufgeschoben werden. Dies ist dadurch bebgt. daß einfache, vollautomatisch zu fertigende Teile lebst nur tose zusammengefügt zu werden brau-1 und daß im Anschluß daran in einem nur Bruchtei-Sekunden dauernden Prozeß die Schleifringe 1 die Nabe zu einem innig verbundenen Schleifringrper vereinigt werden, wobei die erzielbare Kraft, mit der der Schleifring gegen die Nabenoberfläche drückt, wesentlich größer ist als bei einem Aufschieben des Schleifringes mit Preßsitz. Aber nicht nur der Zenaufwand wird durch das erfindungsgemäße Verfahren vermindert, sondern auch der Materialaufwand, da die Rohre, aus denen durch vorzugsweise spanloses Abtrennen die Schleifringe hergestellt werden, so schwach bemessen sein können, wie dies auf Grund der an sie gestellten elektrischen Forderungen möglich ist

Ein weiterer, wichtiger Vorteil besteht darm, daß d'e Schleifringe nach dem Verformen im elektromagnetischen Feld unter einer gewissen Vorspannung an der Nabe anliegen, so daß bei Wärmedehnungen im Betrieb und auch bei einem Schwinden der Nabe, falls diese zuvor nicht gealtert worden ist, der Schleifring körper nicht locker wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird vor dem Verformen für jeden Schleifring zumindest ein Anschlußelement so in eine zugeordnete Ausnehmung der Nabe eingelegt daß ein blanker Endabschnitt unter den zugeordneten Schleifring zu liegen kommt. Bei der bis zu einer elastischen Verformung der Nabe erfolgender Verformung jedes Schleifringes wird dann der blai f Abschnitt des zugeordneten Anschlußelementes unter plastischer Verformung an die Innenmantelfläche des Schleifringes angepreßt. Infolge der plastischen Verformung des Anschlußelementes läßt sich ein sehr guter Kontakt zwischen Anschlußelement und Schleif ring erzielen, der auch über lange Zeiträume hinweg seine Güte beizubehalten vermag, da der Schleifring und die elastische Nabe unter einer elastischen Vorspannung stehen und daher auch bei Wärmedehnungen im Betrieb und bei einem gegebenenfalls auftretenden Schwinden der Nabe eine ausreichend hohe Kontaktkraft aufrechterhalten. Es ist jedoch zweckmäßig, zwisehen den Anschlußelementen und der Nabe mittels je eines Halteorgans an jedem Anschlußelement eine in axialer Richtung der Nabe formschlüssige Verbindung herzustellen, da häufig die Anschlußelemente einer mechanischen Belastung ausgesetzt werden, welche ohne eine formschlüssige Verbindung zu einer Beeinträchtigung des Kontaktes mit den Schleifringen führen könnte. Ferner wird, wenn man als Halteorgane in Umfangs-"richtung der Schleifringe abgewinkelte Endabschnitte ' der Anschlußelemente vorsieht, die Kontaktfläche zwisehen den Anschlußelementen und den Schleifringen vergrößert.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielba

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35 re elastische Durchmesservo-kleinerung der Nabe ist so groß, daß es möglich ist, eine zuvor in die Bohrung der Nabe eingelegte Büchse aus Metall gleichzeitig mit der Formung der Schleifringe festzuklemmen. Ebenso ist es auch möglich, die Nabe ohne oder mit in ihre Bohrung eingelegter Büchse vor der magnetostriktiven Festlegung der Schleifringe auf die Welle einer elektrischen Maschine aufzustecken und auf dieser bei der magnetostriktiven Formung der SchJeifringe festzuklemmen.

Das Verformen von metallischen Teilen auf magnetostriktivem Weg ist zwar bereits bekannt Bei der Herstellung von Schleifringen oder vergleichbaren Gegenständen hat es jedoch bisher keine Anwendung gefunden.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand verschiedener in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels im unfertigen Zustand.

F 1 g. 2 einen vergrößert dargestellten Ausschnitt der Fig.1.

F i g. 3 einen Längsschnitt des Ausführungsbeispiels gemäß F i g 1 in fertigem Zustand.

F i g. 4 einen vergrößert dargestellten Ausschnitt der Fig. 3.

F 1 g. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der F i g. 2. F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie Vl-Vl der F i g. 4,

F 1 g. 7 einen perspektivisch dargestellten Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel im fertigen, auf eine Welle aufgeklemmten Zustand.

F i g. 8 einen perspektivisch dargestellten, teils in Längsrichtung, teils in Querrichtung verlaufenden Schnitt eines dritten Ausführungsbeispiels.

F i g 9 eine perspektivisch und unvollständig dargestellte A'-.sicht eines weiteren Ausfuhrungsbeispiels.

Ein als Ganges mit 1 bezeichneter Schleifringkörper besitzt eine im wesentlichen zylindrische Nabe 2, die aus einem Isoliermaterial besteht und vorgefertigt ist. An die Nabe 2 ist auf ihrer Außenseite auf halber Länge eine Ringschulter 3 angeformt, deren axiale Länge gleich dem gewünschten Abstand von zwei Schleifringen 4 und 5 und deren Höhe kleiner als die Stärke dieser Schleifringe gewählt ist. Ferner ist die Nabe 2 mit zwei diametral liegenden, in axialer Richtung verlaufenden Nuten 6 und 7 in der Nabenaußenmantelfläche 8 versehen. Die radial nach außen offenen Nuten 6 und 7 besitzen, wie F i g. 1 zeigt, eine unterschiedliche Länge, da sie dazu dienen, je ein Anschlußelement 9 bzw. 10 für die beiden Schleifringe 4 und 5 aufzunehmen. Die Nut 6 führt von der einen Stirnseite der Nabe 2 bis unter den der anderen Stirnseite benachbarten Schleifring 4. In dem unter dem Schleifring 4 liegenden Endabschnitt ist, wie insbesondere F i g. 5 zeigt, die Tiefe der Nut geringer gewählt als der Durchmesser des Drahtes 9', der den elektrisch leitenden Teil des Anschlußelementes 9 bildet. Im Anschluß an diesen Abschnitt ist das Profil der Nut 6 so gewählt, daß die Nut den mit einer Isolation 9" versehenen Teil des Anschlußelementes 9 ohne Überstand über die Außenmantelfläche der Nabe 2 aufzunehmen vermag.

Die Nut 7 führt unter den Schleifring 5 und ist im übrigen entsprechend wie die Nut 6 ausgebildet.

Die beiden Anschlußelemente 9 und 10 sind in dem unter den zugeordneten Schleifringen 4 bzw. 5 liegenden Anschlußenden von der Isolation 9" befreit, also blank. Dasselbe gilt im Ausführungsbeispiel für die beiden anderen Enden. Dazwischen sind sie durch die lso-

!ation 9" bzw. 10" vollständig ummantelt.

Die beiden Schleifringe 4 und 5 bestehen aus dem für Schleifringe üblichen Kupfer und haben die Form von glatten Abschnitten eines zylindrischen Rohres, die vorzugsweise aus einem solchen durch spanloses Trennen hergestellt werden. Ihre in axialer Richtung der Nabe gemessene Breite sowie ihre Stärke ist der elektrischen Beanspruchung angepaßt. Der Innendurchmesserist zunächst so gewählt, daß sie ohne Schwierigkeiten auf die Nabe 2 und über die Anschlußelemente 9 und 10 geschoben werden können.

Nach dem Zusammensetzen der einzelnen, in F ι g. 1 dargestellten Teile des Schleifringkörpers 1 wird dieser in eine Formmaschine gebracht in der ein elektromagnetisches Feld für den Bruchteil einer Sekunde derart auf die beiden Schleifringe 4 und 5 einwirkt, daß diese ihren Durchmesser verringern, und zwar so weit, daß sie mit einer elastischen Vorspannung an der Außenmantelfläche der Nabe 2 anliegen. Durch die Klemmwirkung der Schleifringe 4 und 5 erfährt auch die Nabe 2 eine gewisse elastische Vorspannung. Auch bei Wärmedehnungen im Betrieb können deshalb die Schleifringe 4 und 5 nicht locker werden.

Bei der magnetostriktiven Formung der Schleifringe 4 und 5 verformen sich, wie insbesondere F i g. 6 zeigt, auch die beiden blanken Endabschnitte der Anschlußelemente 9 und 10. Eine gewisse plastische Verformung erfährt auch der Schleifring in der Kontaktzone, wie ebenfalls Fig.6 zeigt. Durch diese plastische Verformung in Verbindung mit der elastischen Vorspannung der Nabe und des Schleifringes entsteht eine elektrisch gute und dauerhafte Verbindung zwischen den Anschlußelementen 9 und 10 sowie ihren zugeordneten Schleifringen 4 bzw. 5. Ein besonderer Arbeitsgang zur Herstellung der Verbindung zwischen den Schleifringen und den Anschiußelementen ist also nicht erforderlich.

Ein Schwinden der Nabe kann nicht nur durch die Wahl eines geeigneten Materials vermindert werden. Es ist auch möglich, die Nabe vor der Herstellung des Schleifringkörpers zu altern. Ferner kann man. falls die Wärmedehnung so groß sein sollte, daß die elastische Vorspannung der Schleifringe nicht für den notwendigen Ausgleich sorgen kann, mindestens ein federndes Zwischenglied zwischen Schleifring und Nabe vorsehen. Es ist ferner möglich, ein solches federndes Zwischenglied nur im Bereich des Kontaktes zwischen dem Schleifring und seinem Anschlußelement vorzusehea

Das in Fig.? dargestellte Ausföhrungsbeisprel unterscheidet sich nicht prinzipiell von demjenigen gemäß de» F i g. I bis 6. Es besitzt wie dieses eine vorgefertigte Nabe 102 aus einem Isoliermaterial und einen aaf die Nabe magnetostriktiv aufgeformten Schleifring 094. Ein gewisser Unterschied besteht dann, daß das AnschhiQelement 109 aus einem Flachmaterial besteht was aber (or den grundsätzlichen Aufbau ohne Bedeutung ist Ein Flachmaterial ermöglicht es aber in einfacher Weise, eine größere Kontaktflache zwischen dem AnscMuBetement und dem Schleifring herzustellen, was bei einem relativ breiten Schleifring wie dem Schleifring 104 wichtig sein kann. Der wesentliche Unterschied gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. I bis 6 besteht darin, daß der Endabschnitt IH des unter dem Schleifring 104 liegenden blanken Anschlußendes, das beim Aufbringen des Schleifringes eine plastische Verformung erfahren hat radial nach innen abgewinkelt ist und in eine entsprechend geformte Vertiefung der das Anschhißelement 109 aufnehmenden Nut 106 der Nabe 102 eingreift. Dadurch ist das Anschlußelement 109 hinsichtlich einer Zugbelastung in axialer Richtung formschlüssig mit dem Schleifringkörper verbunden. Durch eine solche Verankerung lassen

S sich ohne Schwierigkeiten alle Anforderungen hinsichtlich der Zugbelastbarkeit des Anschlußelementes erfüllen.

Wie F i g. 7 weiter zeigt sitzt der als Ganzes mit 101 bezeichnete Schleifringkörper auf einer Welle 112

ίο einer elektrischen Maschine. Besondere Befestigungsmittel sind nicht erforderlich, wenn die Nabe 102 auf die Welle 112 aufgeschoben wird, ehe der Durchmesser des Schleifringes 104 magnetostriktiv verkleinert wird. Auf die Nabe 102 wird nämlich dabei eine so hohe ra-

is diale Kraft ausgeübt daß diese in der Lage ist, eine ausreichend feste Klemmverbindung mit der Welle 112 herzustellen. Dadurch entfällt das sonst übliche nachträgliche Aufziehen des Schleifringkörpers auf die Welle. Eine Verbesserung der Verbindung zwischen der Nabe 102 und der Welle 112 kann durch eine Rändelung der letzteren erreicht werden.

Das in F i g 8 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel zeigt eine andere Art der formschlüssigen Verbindung des Anschlußelementes 209 mit dem als Ganzes mit 201 bezeichneten Schleifringkörper. Hier besitzt die das Anschlußelement 209 aufnehmende Nut 206 in der Außenmantelfläche der Nabe 202 an ihrem unter dem Schleifring 204 liegenden Abschnitt einen in Umfangsrichtung verlaufenden Fortsau 206', in den der abge-

(o winkelte F.ndabschnitt 211 des Anschlußelementes 209 eingreift.

Ferner zeigt F ι £ 8. daß in die Nabe 202 eine aus Metall, vorzugsweise Stahl, bestehende Büchse 213 eingelegt sein kann. Diese Büchse besitzt im Ausführungsbeispiel in einem Mittelabschnitt auf ihrer Außenmantelfläche einen Kordel 214, an dessen Stelle auch andere Oberflächenunebenheiten, wie z. B. ein Rändel, vorgesehen sein können. Der Kordel 214 verbessert die Verbindung zwischen der Nabe 202 und der Büchse

213. welche dadurch hergestellt wird, daß bei der magnetostriktiven Verminderung des Durchmessers des Schleifringes 204 auch der Durchmesser der Nabe 202 so weit verkleinert wird, daß der spitze Kordel 214 in den Preßstoff der Nabe 202 eindringt und somit eine unter radialem Druck stehende formschlüssige Verbindung zwischen der Nabe und der Büchse 213 wirksam ist.

Ein Ausführungsbeispiel, bei dem mit dem Schleifring 304 kein AnschkiBetement m Form eines Drahtes odet

so einer Fahne verbunden ist zeigt F i g. 9. Der Schleifring 504 ist auf einer vorgefertigten Nabe 302 durch magne tostriktive Verminderung seines Durchmessers festge legt Der Schleifring weist daher wie die Schleifring« der übrigen Ausfuhnmgsbeispiele keine Verankerun

SS gen od. dgl auf.

Um in einfacher Weise eine AnschluOleitung arr Schleifring 304 anlöten zu können, ist in ihn eine sich ir axialer Richtung von seinem einen Rand 31S aus ubei einen Teil der Breite des Schleifringes erstreckende

nutartige Vertiefung 316 kalt eingeformt wobei in Ausführungsbeispiel die Emformung so weit fortgesetr worden ist bis das Material am Grande der Vertiefung gerissen ist. Es entstehen dann, wie F i g. 9 zeigt zwe im wesentlichen paraflel und im Abstand zueinandei

6s liegende Lappen 317. welche in eine in der Nabe 30! vorgesehene Ausnehmung 118 eingreifen und sich ai deren Flanken anlegea I im den mit den Lappen 317 zi verlötenden Leiter bequem zufuhren und den Stempel

mit dem die Vertiefung 316 eingeformt wird, genügend tief einführen zu können, ist die Tiefe der Ausnehmung 318 größer als die radiale Länge der Lappen 317 gewählt.
Selbstverständlich kann die Vertiefung 316 nicht nur nach dem Festlegen des Schleifrings 315 auf der Nabe mittels magnetostriktiver Verformung eingeformt werden, sondern auch schon vor dem Zusammensetzen des Schleifringkörpers.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

109536/7«

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Schleifringkörpers, bei dem zumindest ein Schleifring auf eine $ Nabe aufgeschoben und dann einer eine Verringerung des Durchmessers bis zu einem festen Sitz auf der Nabe ergebenden Verformung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung durch ein elektromagnetisches Feld erfolgt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verformen für jeden Schleifring zumindest ein Anschlußelement so in eine zugeordnete Ausnehmung der Nabe eingelegt wird. daß ein blanker Endabschnitt u-ner den zugeordneten Schleifring zu liegen kommt, und daß bei der bis zu einer elastischen Verformung der Nabe erfolgenden Verformung jedes Schleifringes der blanke Abschnitt des zugeordneten Anschlußelementes unser plastischer Verformung an die Innenmantelfläche des Schleifringes angepreßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lndabschnitt des Anschlußelementes in axialer Richtung formschlüssig mit der Nabe verbunden wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß in den Schleifring eine sich in axialer Richtung vom einen Rand aus über einen Teil der Breite des Schleifringes erstreckende, radial nach innen gehende nutartige Vertiefung eingeformt wird.

5. Verfah.T 1 nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Einformung bis zum Reißen des verformten Materials am Grunde der Vertiefung fortgesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Einformung an einer über einer Ausnehmung der Nabe liegenden Stelle des Schleifringes nach dessen Verformung durch das elektromagne'ische Feld vorgenommen wird.

7. Verfahrer.· nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe vor der Verformung des Schleifringes auf die Welle einer elektrischen Maschine aufgesteckt und bei der Verformung auf der Welle festgeklemmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Büchse aus Metall vor dem Verformen des Schleifringes in die Bohrung der Nabe eingeschoben wird und bei der Verformung des Schleifringes die Nabe auf der Büchse festgeklemmt wird.