DE4026929A1 - Commutator for electric motor or generator - has carbon segments set into cylinder of insulating duroplastic material - Google Patents
Commutator for electric motor or generator - has carbon segments set into cylinder of insulating duroplastic materialInfo
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- H01R39/04—Commutators
- H01R39/045—Commutators the commutators being made of carbon
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Kollektor für einen Elektromotor oder -generator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a collector for an electric motor or generator according to the preamble of claim 1.
Derartige Kollektoren sind für eine Reihe von Anwendungsfällen, etwa für im Tauchbetrieb arbeitende Kraftstoffpumpen, bekannt, wenn etwa eine Kohle-Lauffläche anstelle der ansonsten verbreiteten Kupferlauffläche eine anodische Oxidation gegenüber den Kohlebürsten verhindern soll.Such collectors are for a number of applications, for example for fuel pumps working in submersible mode, known when about a coal tread instead of the otherwise common copper tread anodic oxidation compared to the carbon brushes should prevent.
Bei vorbekannten Kollektoren liegt die Kohle-Lauffläche als dünne Oberflächenschicht auf Kupferlamellen herkömmlicher Art, die einerseits einen robusten Schichtträger ergeben und andererseits mit erprobten Mitteln im Isolierstoff des Kollektors verankert werden können. Die Herstellungstechnik ist allerdings aufwendig, da die Kohleschicht nachträglich aufgebracht werden muß, und da der darunterliegende Bereich der Kupferlamellen so präzise vorgearbeitet sein muß, daß die Kohleschicht eine glatte, zylindrische und bezüglich der Kollektorachse konzentrische Oberfläche bilden kann.The coal tread is in known collectors more conventional as a thin surface layer on copper fins Kind that on the one hand a robust layer support result and on the other hand with proven means in the insulating material of the collector can be anchored. The Manufacturing technology is complex because the Coal layer must be applied subsequently, and because the underlying area of the copper fins so It must be precisely prepared that the coal layer a smooth, cylindrical and with respect to the collector axis can form a concentric surface.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kollektor zu schaffen, der sich mit geringerem Material- und Arbeitsaufwand herstellen läßt und dabei die hohen Präzisionsanforderungen an einen derartigen Kollektor uneingeschränkt einzuhalten erlaubt.The object of the invention is to create a collector which deals with less material and labor can manufacture and the high precision requirements to adhere to such a collector without restrictions allowed.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe von einem Kollektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ausgehend mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, gelöst.According to the invention, this task is performed by a collector according to the preamble of claim 1, starting with the characterizing features of claim 1 solved.
Es hat sich überraschend gezeigt, daß eine Kohleschicht im Laufflächenbereich sowohl unter dem Gesichtspunkt der Eigensteifigkeit und Festigkeit wie auch unter dem Gesichtspunkt der Haftverbindung gegenüber dem übrigen Kollektor, insbesondere dessen Isolierkörper, auf eine Trägerbasis nach Art der herkömmlichen, ggf. zur Verminderung der Dicke abgedrehten Kupferlamellen verzichten kann. Dies ergibt die Möglichkeit, direkt auf den Isolierkörper Kohle in einem präzisen Formvorgang aufzupressen und dazu nicht zuvor etwa eine hinreichend vorgearbeitete Basis mit Hilfe der Kupferlamellen zu schaffen, die herkömmlich zuvor oft erst abgedreht werden mußten.It has surprisingly been found that a layer of coal in the tread area both from the point of view the inherent rigidity and strength as well as under the Aspect of the adhesive bond to the rest Collector, especially its insulating body a carrier base in the manner of conventional, possibly for Do not reduce the thickness of turned copper lamellae can. This gives the opportunity to jump on the coal insulator in a precise molding process to squeeze and not enough beforehand prepared base with the help of the copper fins create that are conventionally often only turned off beforehand had to.
Aufgrund der Oberflächenrauhigkeiten und Porosität, insbesondere bei den üblichen duroplastischen Isolierstoffen, ergibt sich eine Oberfläche des Isolierkörpers, die gute Voraussetzungen für ein festes Anhaften der direkt aufgebrachten Kohleschicht bietet. Aufgrund dieser Haftung kann die Kohle im Lamellenabschnitt für viele Anwendungsfälle flach aufgebracht sein, was einer besonders einfachen Formgebung entspricht.Due to the surface roughness and porosity, especially with the usual thermosetting insulating materials, there is a surface of the insulating body, the good conditions for a firm attachment of the offers directly applied carbon layer. Based on these The coal in the lamella section can adhere to many Use cases to be applied flat, which one is special corresponds to simple design.
Es können aber auch Profilierungen der Auflagefläche in den Isolierkörper eingeformt sein, die die Haftung verbessern und die Kohle-Lauffläche hinsichtlich tangentialer Kräfte bei Schubbeanspruchung durch die Kohlebürsten und vor allem radialer Kräfte durch zentrifugale Beanspruchung der Kohle-Laufschicht bei hohen Drehzahlen Halt geben können. But it can also profiling the contact surface be molded into the insulating body that the liability improve and the carbon tread in terms of tangential Forces in the event of shear stress from the carbon brushes and especially radial forces through centrifugal Stress on the carbon tread at high speeds Can give hold.
Außerhalb der Lauffläche des Kollektors kann in vielen Fällen auf Kupfer-Lamellenteile nicht verzichtet werden, um etwa einen Anschluß der Drahtenden einer zugehörigen Läuferwicklung an den Kollektor herzustellen. Dies hebt allerdings die beim direkten Aufbringen der Kohle-Laufschicht erzielten Vorteile der Vereinfachung und der hohen Präzision beim Formvorgang nicht auf, da der An schlußbereich vergleichsweise geringen Präzisionsanforderungen unterliegt. Der Übergang zwischen der aus Kohle gebildeten Lauffläche und dem Anschlußbereich kann durch stumpfen Stoß erfolgen. Zur Vergrößerung der Übergangsfläche kann aber auch erforderlichenfalls ein abgeschrägter Stoß oder eine Überlappung von Metallamellen und Kohle vorgesehen werden. Diese Überlappung kann in der Weise erfolgen, daß die Metallteile die Kohleschicht übergreifen, um letztere im Randbereich gegen ein Ablösen zu sichern.Outside the tread of the collector can be in many Copper lamellar parts are not dispensed with, about a connection of the wire ends of an associated one To produce rotor winding to the collector. This lifts however, this is the case when the coal running layer is applied directly achieved benefits of simplification and high precision during the molding process, because the An comparatively low precision requirements subject to. The transition between the coal formed tread and the connection area can by blunt impact. To enlarge the transition area but can also be a bevelled if necessary Butt or overlap of metal slats and Coal will be provided. This overlap can occur in the Way that the metal parts the carbon layer reach over to the latter in the edge area against detachment to secure.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Zwei Ausführungsbeispiele für den Gegenstand der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben.Further features of the invention result from the Claims. Two embodiments for the subject the invention are shown in the drawing and are described in more detail below.
In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows
Fig. 1 Stirnansicht eines Kollektors, Fig. 1 a front view of a collector,
Fig. 2 Seitenansicht des Kollektors nach Fig. 1, teilweise als Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1, Fig. 2 side view of the collector of FIG. 1, partly in section along line II-II in FIG. 1,
Fig. 3 Stirnansicht eines zweiten Kollektors und Fig. 3 front view of a second collector and
Fig. 4 Seitenansicht des Kollektors nach Fig. 3, teilweise als Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 3. Fig. 4 side view of the collector of FIG. 3, partly in section along line IV-IV in FIG. 3.
Ein in Fig. 1 und 2 insgesamt mit 1 bezeichneter (Zylinder-) Kollektor umfaßt einen im wesentlichen zylindrischen, bezüglich einer Längsmittelachse 2 rotationssym metrischen Isolierkörper 3 aus einem duroplastischen Werkstoff, der innenseitig eine Durchgangsöffnung 4 für ein Aufpressen auf eine Motorwelle umschließt und umfangsseitig parallel zur Achse 2 lamelliert ist. Die umfangsseitige Gliederung des Kollektors 1 in Lamellen 5 ergibt sich mit Längsnuten 6, die hinreichend tief in den Isolierkörper 3 hineinreichen und zwischen denen sich die aus elektrisch leitenden Materialien bestehenden Lamellen 5 erstrecken.A total in Fig. 1 and 2 with 1 designated (cylinder) collector comprises a substantially cylindrical, with respect to a longitudinal center axis 2 rotationssym metric insulating member 3 made of a thermoset material, the inside enclosing a passage opening 4 for a pressing onto a motor shaft, and circumferentially parallel is laminated to axis 2 . The circumferential structure of the collector 1 in lamellae 5 results with longitudinal grooves 6 which extend sufficiently deep into the insulating body 3 and between which the lamellae 5 made of electrically conductive materials extend.
Die Lamellen 5 sind in Längsrichtung unterteilt und nach dieser Unterteilung einerseits einer Lauffläche 7 und andererseits einem Anschlußbereich 8 zuzuordnen.The slats 5 are subdivided in the longitudinal direction and, according to this subdivision, are to be assigned on the one hand to a running surface 7 and on the other hand to a connection area 8 .
Der zur Lauffläche 7 gehörige Teil jeder Lamelle besteht aus Kohle in Form eines aufgepreßten Kohlepulvers, gebunden durch einen Binder, etwa in Form eines thermoplastischen Materials. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, hat die so gebildete Kohle-Lamelle eine achsparallele Profi lierung mit einer außenseitigen, dem Zylinderumfang angepaßten Schicht 9 und einer Schwalbenschwanz-Verankerung 10. Dieses schafft eine formschlüssige Verbindung zwischen Lamelle 5 und Isolierkörper 3, die auch Schub belastungen durch die Kohlebürsten in Umfangsrichtung und insbesondere Fliehkräfte bei hohen Drehzahlen aufzufangen vermag. Die Verbindung zwischen Kohle-Lamelle und Isolierkörper ist somit allein nicht dem überraschend guten Haftungsvermögen der Kohle gegenüber dem Isolierstoff überlassen.The part of each lamella belonging to the tread 7 consists of coal in the form of a pressed-on carbon powder, bound by a binder, for example in the form of a thermoplastic material. As can be seen from FIG. 1, the carbon lamella thus formed has an axially parallel profile with an outside layer 9 adapted to the cylinder circumference and a dovetail anchor 10 . This creates a positive connection between the lamella 5 and the insulating body 3 , which can also absorb thrust loads from the carbon brushes in the circumferential direction and in particular centrifugal forces at high speeds. The connection between the carbon lamella and the insulating body is therefore not left to the surprisingly good adhesion of the carbon to the insulating material.
Wie weiter aus Fig. 2 ersichtlich ist, überlappt der aus Kupfer in grundsätzlich herkömmlicher Weise gebildete Anschlußbereich 8 den laufflächenbildenden Teil der Lamelle 5 in einer Abstufung 11, wobei ein Fortsatz 12 der Kupferlamelle die Kohle-Einpressung übergreift. Dies sichert zum einen den Sitz der Kohle-Lamelle im Übergangsbereich und schafft darüber hinaus eine vergrößerte Übergangsfläche für die Stromüberleitung von der Kohle in das Kupfer hinein. Die aus Metall, insbesondere aus Kupfer bestehenden Anschlußbereiche sind von einer einfachen Stabform insofern abweichend, als sie nach außen vorspringende Wicklungshaken 13 aufweisen, die zum Anschlagen und Verschweißen von Draht-Wicklungsenden dienen. Weiterhin weisen diese Anschlußbereiche nach innen in den Isolierstoff hineinragende Fortsätze 14, 15 auf, die eine gute Verankerung schaffen. Die Aus bildung der Wicklungsenden kann grundsätzlich auf erprobte Gestaltungen zurückgreifen, doch versteht es sich, daß diese Anschlußbereiche auch verschmälert ausgebildet sein können, um bei entsprechend vergrößerten Längsnuten eine einfachere Montage und größere Sicherheiten gegen wechselseitiges Kontaktieren zu erzielen.As can further be seen from FIG. 2, the connection region 8 formed from copper in a basically conventional manner overlaps the tread-forming part of the lamella 5 in a gradation 11 , an extension 12 of the copper lamella overlapping the carbon injection. On the one hand, this secures the seat of the coal lamella in the transition area and also creates an enlarged transition area for the transfer of electricity from the coal into the copper. The connection areas made of metal, in particular of copper, differ from a simple rod shape in that they have winding hooks 13 projecting outwards, which are used for attaching and welding wire winding ends. Furthermore, these connection areas have projections 14, 15 projecting inwards into the insulating material, which provide good anchoring. From the formation of the winding ends can basically fall back on tried and tested designs, but it goes without saying that these connection areas can also be made narrower in order to achieve easier assembly and greater security against mutual contact with correspondingly enlarged longitudinal slots.
Von besonderem Interesse ist, daß die die Lauffläche bildenden Kohlelamellen in Achsrichtung - gemäß Fig. 2 von unten nach oben gesehen - ohne Hinterschneidungen ausgebildet sind und sich nur von unten nach oben verjüngen. Dies erleichtert nicht nur das Einpressen der Kohle innerhalb einer Form, in die zuvor der Isolierkörper mit eingegossenen Anschlußbereichen eingebracht worden ist, sondern auch die vorherige Formgebung des Isolierkörpers durch Verpressen. Wenn nämlich zunächst der Isolierkörper 3 mit den Kupfer-Anschlußbereichen 8 in einer Preßform gebildet wird, ist der nachher erst mit Kohlepulver zu verpressende Bereich der Kohle-Lamellen durch Werkzeugteile freizuhalten. Hinterschneidungen oder von einer untenliegenden Stirnfläche 16 des Kollektors abgelegene Querschnittserweiterungen (Vertiefungen) würden die entsprechenden Formwerkzeuge komplizieren.It is of particular interest that the coal slats forming the tread are designed in the axial direction - as seen from bottom to top in FIG. 2 - without undercuts and only taper from bottom to top. This not only makes it easier to press in the coal within a mold into which the insulating body with cast-in connection regions has previously been introduced, but also to pre-shape the insulating body by pressing. If, first of all, the insulating body 3 with the copper connection areas 8 is formed in a press mold, the area of the carbon fins which is to be pressed in afterwards only with carbon powder is to be kept free by tool parts. Undercuts or cross-sectional extensions (depressions) remote from an underlying end face 16 of the collector would complicate the corresponding molding tools.
Eine in den Fig. 3 und 4 insgesamt mit 18 bezeichnete Ausführungsform eines Kollektors umfaßt einen Isolierkörper 19, der eine Längsöffnung 20, rotationssymmetrisch bezüglich einer Längsmittelachse 21, umschließt und der insgesamt zylindrisch ausgebildet ist. Auch diese Ausführungsform weist am Umfang elektrisch leitende Lamellen 22 auf, die sich in (axialer) Längsrichtung in Kohle-Lamellen 23 und Anschlußbereiche 24 unterteilen. Erstere bilden eine Lauffläche für Stromabnehmerbürsten (aus Kohle) und letztere dienen dem elektrischen und mechanischen Anschluß von (Draht-)Wicklungsenden.An embodiment of a collector, designated overall by 18 in FIGS . 3 and 4, comprises an insulating body 19 , which encloses a longitudinal opening 20 , rotationally symmetrical with respect to a longitudinal central axis 21 , and which is cylindrical overall. This embodiment also has electrically conductive fins 22 on the circumference, which are subdivided in the (axial) longitudinal direction into carbon fins 23 and connection regions 24 . The former form a running surface for current collector brushes (made of coal) and the latter serve for the electrical and mechanical connection of (wire) winding ends.
Im Vergleich zu der erstbetrachteten Ausführungsform eines Kollektors gemäß Fig. 1 und 2 ergibt sich hier eine andere Gestaltung und Ausrichtung von Verankerungs fortsätzen 25 und 26 der Anschlußbereiche. Die Form des Verankerungsfortsatzes 25 ist dabei der für eine Übergangsfläche zwischen der Kohle-Lamelle 23 und dem Verankerungsbereich 24 angepaßt.In comparison to the first considered embodiment of a collector according to FIGS . 1 and 2, this results in a different design and alignment of anchoring extensions 25 and 26 of the connection areas. The shape of the anchoring extension 25 is adapted to that for a transition surface between the carbon lamella 23 and the anchoring area 24 .
Die Kohle-Lamelle 23 stößt hier über eine im Längsschnitt schräg gerichtete Fläche 27 auf den Übergangsbereich 24. Die Schrägstellung hat nicht nur eine Vergrößerung der Stromübergangsfläche zur Folge, sondern insbesondere auch eine Überlappung der Kohle-Lamelle am Ende durch den nach innen gut verankerten metallischen Anschlußbereich 24. Das Ende der Kohle-Lamelle wird also hier übergriffen und damit gehalten. Im Bereich einer Stirnseite 28 des Kollektors 18 weist die Kohle-Lamelle 23 eine Schwalbenschwanz-Verankerung 29 nach Art eines Hakenendes auf, die auch das andere Ende der Kohle-Lamelle 23 gegen Fliehkräfte hält. Damit sind zwei besonders kritische Bereiche der Kohlen-Lamelle 23 abgesichert. In dem dazwischenliegenden Bereich, der einer Lauffläche 30 zuzuordnen ist und der von Kohlebürsten beaufschlagt wird, reicht die Oberflächenverbindung von Kohle und Isolierstoff aus, die Kohle-Lamelle 23 zu halten.The carbon lamella 23 abuts the transition region 24 here via a surface 27 which is oriented obliquely in longitudinal section. The inclination not only results in an increase in the current transfer area, but in particular also in an overlap of the carbon lamella at the end by the metallic connection area 24, which is well anchored inwards. The end of the coal lamella is therefore overlapped here and thus held. In the area of an end face 28 of the collector 18 , the carbon lamella 23 has a dovetail anchor 29 in the manner of a hook end, which also holds the other end of the carbon lamella 23 against centrifugal forces. This protects two particularly critical areas of the coal lamella 23 . In the area in between, which is to be assigned to a tread 30 and which is acted upon by carbon brushes, the surface connection of carbon and insulating material is sufficient to hold the carbon lamella 23 .
Auch bei der Ausführungsform ist erkennbar, daß die Kohle-Lamelle von der Stirnseite 28 aus gesehen keine Hinterschneidungen aufweist, was sowohl das Freihalten der für die Kohle vorgesehenen Bereiche beim Zusammenbringen von Verbindungsbereichen 24 und Isolierkörper 19 als auch ein nachfolgendes Verpressen erleichtert.Also in the embodiment, it can be seen that the carbon lamella has no undercuts when viewed from the end face 28 , which both makes it easier to keep the areas provided for the coal free when connecting connection areas 24 and insulating body 19 and to subsequent pressing.
In beiden vorstehenden Ausführungsbeispielen ist ein Zylinderkollektor betrachtet worden. Es versteht sich, daß ein Plankollektor unter den gleichen Gesichtspunkten auch in einem Laufflächenbereich mit einer Kohleschicht ausgestattet werden kann, die direkt auf einem Isolierkörper sitzt, ohne daß dabei ein metallischer Träger, etwa eine Kupferlamelle herkömmlicher Art, zwischen zuschalten wäre. Verpreßbares Kohlepulver bekannter Art, das beispielsweise mit einem geringen Binderzusatz aus thermoplastischem Material versetzt ist und warm eingepreßt wird, läßt sich in dieser Weise zuverlässig auf einen Isolierkörper aufbringen. Dabei tritt dann auch die besondere Anforderung an eine Kupferverträglichkeit in den Hintergrund, wie sie bisher für derartige Materialien von Bedeutung ist. Die Haftung der Kohle gegenüber Kupfer ist nur noch in einem Übergangsbereich von Interesse, in welchem der Stromübergang bedeutsam, die Flächenhaftung aber unkritisch ist.In both of the above embodiments there is a Cylinder collector has been considered. It goes without saying that a plan collector from the same point of view also in a tread area with a layer of carbon can be equipped directly on an insulating body sits without a metallic support, about a copper lamella of conventional type, between would be switched on. Compressible carbon powder of a known type, for example with a small amount of binder thermoplastic material is mixed and pressed in warm becomes reliable in this way apply an insulating body. Then also occurs the special requirement for copper compatibility in the background, as was previously the case for such materials is important. Coal's liability to Copper is only of interest in a transition area, in which the current transfer is significant, the surface liability but is not critical.
Claims (11)
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DE19904026929 DE4026929A1 (en) | 1990-08-25 | 1990-08-25 | Commutator for electric motor or generator - has carbon segments set into cylinder of insulating duroplastic material |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19904026929 DE4026929A1 (en) | 1990-08-25 | 1990-08-25 | Commutator for electric motor or generator - has carbon segments set into cylinder of insulating duroplastic material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4026929A1 true DE4026929A1 (en) | 1992-02-27 |
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ID=6412924
Family Applications (1)
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DE19904026929 Withdrawn DE4026929A1 (en) | 1990-08-25 | 1990-08-25 | Commutator for electric motor or generator - has carbon segments set into cylinder of insulating duroplastic material |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4026929A1 (en) |
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1990
- 1990-08-25 DE DE19904026929 patent/DE4026929A1/en not_active Withdrawn
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