DE4026951A1 - Planar commutator for electric motor or generator - has carbon segments set into through passageways in formed body of insulation - Google Patents

Abstract

A planar commutator for use in electrical machines has a surface formed with carbon segments (3) located on metal laminates (4) to provide transmission to carbon brushes. The metal laminates have edges formed in hook shapes for connections by wires to the coils. The metal laminates are set into a base of insulating material (6). The carbon segments are shaped (7) to project into the main body of material. The projections are tapered for secure retention. ADVANTAGE - Firmer retention of carbon segments.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Plankollektor für einen Elektromotor oder -generator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Plankollektoren mit einer Kohlenstoffauf­ lage auf den ansonsten verbreiteten Kupferlaufflächen sind bekannt, um etwa bei einem aggressiven Umgebungsmedium z. B. beim Fördern eines als Elektrolyt wirkenden Mediums, eine anodische Oxydation gegenüber den Kohlebürsten zu verhindern.The invention relates to a plan collector for one Electric motor or generator according to the preamble of Claim 1. Such plan collectors with a carbon are on the otherwise common copper treads known, for example in an aggressive surrounding medium. B. when conveying a medium acting as an electrolyte, a to prevent anodic oxidation compared to the carbon brushes.

Bei vorbekannten Plankollektoren wird das Kohlenstoffmaterial mittels eines Preßvorganges sowohl auf auf einer Planfläche eines Isolierkörpers befindlichen Metallamellen aufgebracht als auch durch diese hindurch in entsprechende Aussparungen bzw. Sacklöcher in einem Kunststoffkörper eingebracht. Mit dieser Anordnung wird für die Kohlenstoffauflage eine Veran­ kerung erreicht, die bei Belastung an der Umfangsfläche wirksam wird und eine Lageveränderung der segmentierten Kohlenstoff­ schicht verhindert. Derartig ausgebildete formschlüssige Halte­ mittel durch Kohlenstoffzapfen, die in den Isolierkörper des Plankollektors hineinreichen, sind gemäß DE-GM 89 07 045.3 offenbart. Diese Kohlenstoffzapfen werden beim Preßvorgang geformt und können insbesondere durch Gaseinschlüsse und andere Fehlstellen im Bereich des Sackloches unvollständig ausgebildet sein, so daß damit eine unkontrollierbar hohe Bruchgefahr be­ steht. Das Widerlager für den Einpreßdruck des Kohlenstoffs beim Aufbringen der Kohlenstoffauflage wird durch den Isolier­ körper gebildet, dessen Eigenverformung die Festigkeit vor allem in den eingeschränkt zugänglichen Sacklöchern nachteilig beeinflußt.In the case of known plan collectors, the carbon material by means of a pressing process both on a flat surface an insulating body located metal fins applied as well as through these into corresponding recesses or blind holes made in a plastic body. With this arrangement becomes a veran for the carbon layer kerung reached, which is effective when loaded on the peripheral surface will and a change in position of the segmented carbon layer prevents. Such a form-fitting hold medium through carbon pegs, which are in the insulating body of the Plane collectors are in accordance with DE-GM 89 07 045.3 disclosed. These carbon cones are used in the pressing process shaped and can in particular by gas inclusions and others Defects in the area of the blind hole are incomplete be, so that there is an uncontrollably high risk of breakage stands. The abutment for the carbon injection pressure when applying the carbon coating is through the insulation body formed, its own deformation before the strength  disadvantageous especially in the blind holes accessible influenced.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Plan­ kollektor für einen Elektromotor oder -generator zu schaffen, der eine verbesserte Verankerung der Kohlenstoffauflage auf­ weist, die mit erhöhter Festigkeit und Zuverlässigkeit herstell­ bar ist.The invention is therefore based on the object of a plan to create a collector for an electric motor or generator, an improved anchorage of the carbon layer points that manufactures with increased strength and reliability is cash.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe von einem Plankollektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgehend mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a plan collector according to the preamble of claim 1 starting with the kenn Drawing features of claim 1 solved.

Die Erfindung schafft auf besonders einfache und kostengünstige Weise die Möglichkeit, die segmentierte Kohlenstoffauflage derart im bzw. am Plankollektorkörper festzulegen, daß die im Betrieb auftretenden Kräfte über eine einfach herzustellende und verbesserte Verankerung sicher aufgenommen werden können. Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung von Durchbrechungen als durch einen Isolierkörper reichende Durchgangsöffnungen wird eine zuverlässige und vollständige Ausfüllung von Kohlenstoff­ zapfen mit Kohlenstoffmaterial im Isolierkörper erreicht. Die Druckkräfte beim Preßvorgang auf das Kohlenstoffmaterial können durch ein einfaches, formsteifes Werkzeug über die durch­ reichende Durchgangsöffnung aufgenommen bzw. beidseitig einge­ leitet werden, so daß eine vollständige Profilausfüllung mit hoher Materialdichte in jedem Falle erreichbar ist.The invention creates particularly simple and inexpensive Way the possibility of the segmented carbon overlay to be set in or on the plan collector body such that the Forces occurring during operation are easy to manufacture and improved anchoring can be safely accommodated. With the inventive design of openings as through through-openings reaching through openings reliable and complete carbon filling reached with carbon material in the insulating body. The Compressive forces during the pressing process on the carbon material can through a simple, dimensionally stable tool reaching through opening added or inserted on both sides be directed so that a complete profile filling with high material density can be achieved in any case.

Mittels einer Kombination der erfindungsgemäßen Durchgangsöff­ nung und einer innenliegenden Hinterschneidung wird die Kohlen­ stoffauflage mit zumindest einem Kohlenstoffzapfen versehen, der die Durchgangsöffnung formstabil und randdicht ausfüllt und dessen Herstellung beim Preßvorgang in der Durchgangsöffnung besonders zuverlässig möglich ist.By means of a combination of the passage openings according to the invention the coals provided at least one carbon pin, which fills the through opening in a dimensionally stable and edge-tight manner and its production during the pressing process in the through opening is particularly reliable.

Einzelheiten der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschrei­ bung in Verbindung mit der Zeichnung, die ein Ausführungsbei­ spiel eines Plankollektors erfindungsgemäßer Ausbildung sche­ matisch veranschaulicht, näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Details of the invention are described in the following Exercise in connection with the drawing, which is an execution example game of a plan collector training according to the invention illustrated, explained in more detail. In the drawing demonstrate:  

Fig. 1 eine Stirnansicht auf eine segmentierte Planfläche des Plankollektors, Fig. 1 is a front view of a segmented plan surface of the plane collector,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Plankollektor entlang der Linie I-I in Fig. 1 und Fig. 2 shows a section through the plane collector along the line II in Fig. 1 and

Fig. 3 eine Rückansicht des Plankollektors. Fig. 3 is a rear view of the plan collector.

Ein in Fig. 1 dargestellter, insgesamt mit 1 bezeichneter Plan­ kollektor weist an einer Planfläche 2 eine segmentierte Kohlen­ stoffauflage 3 auf. Diese Kohlestoffauflage 3 bedeckt nahezu vollständig jeweilige Metallamellen 4 und bildet damit eine für einen Stromübergang durch Kohlebürsten (nicht dargestellt) vorgesehene Lauffläche. Die Metallamellen 4 sind umfangseitig mit von den segmentierten Kohlenstoffauflagen 3 nicht bedeckten Haken 5 für einen Anschluß von Drähten einer zugehörigen Wick­ lung versehen.A shown in Fig. 1, generally designated 1 plan collector has a segmented carbon pad 3 on a flat surface 2 . This carbon pad 3 almost completely covers the respective metal plates 4 and thus forms a running surface provided for a current transfer through carbon brushes (not shown). The metal fins 4 are circumferentially provided with hooks 5 not covered by the segmented carbon pads 3 for connecting wires of an associated winding.

In Fig. 2 wird die weitere Ausbildung der Kohlenstoffauflage 3 als ein durch die segmentierten Metallamellen 4 und einen da­ runterliegenden Isolierkörper 6 hindurchreichender Kohlenstoff­ zapfen 7 deutlich. Dieser Kohlenstoffzapfen 7 füllt in der dargestellten Ausführungsform eine Durchgangsöffnung 8 vollstän­ dig aus, nachdem durch einen nicht dargestellten Preßvorgang das Kohlenstoffmaterial in diese Durchgangsöffnung 8 verfüllt ist. Mit einer entsprechenden Dimensionierung der Durchgangsöff­ nung 8 im Bereich des Isolierkörpers 6 und im Bereich der Me­ tallamelle 4 ist mit einfachen Mitteln eine Hinterschneidung 9 erreichbar, in deren Bereich eine vollständige Ausfüllung der Durchgangsöffnung 8 für die Festigkeit und den stabilen Verbund der Kohlenstoffauflage 3 mit dem Isolierkörper 6 als Grundkörper des Plankollektors 1 von entscheidender Bedeutung ist. Indem der Querschnitt der Durchgangsöffnungen 8 in den Metallamellen 4 kleiner als der Querschnitt der Durchgangsöffnung 8 im Isolier­ körper 6 ausgebildet wird, entsteht eine Verankerung, die bei Belastung der Kohlenstoffauflage 3, z.B durch die Kohlebürsten, wirksam ist. Mit einer zumindest abschnittsweise kegeligen Ausbildung der Durchgangsöffnung 8 vorzugsweise im gesamten Bereich des Isolierkörpers 6, wird die Verankerung solide ver­ stärkt, so daß auch die jeweils dazugehörigen Metallamellen 4 am Isolierkörper 6 verbessert festgelegt sind. Die in Fig. 2 als zylindrische Bohrung ausgeführte Durchgangsöffnung 8 im Bereich der Metallauflage 4 kann ebenfalls kegelig ausgebildet werden, um den Verankerungseffekt weiter zu verbessern.In Fig. 2, the further formation of the carbon pad 3 as a through the segmented metal lamellae 4 and an underlying insulating body 6 extending carbon pin 7 is clear. This carbon pin 7 fills a through opening 8 completely dig in the illustrated embodiment after the carbon material is filled in this through opening 8 by a pressing process, not shown. With an appropriate dimensioning of the passage opening 8 in the area of the insulating body 6 and in the area of the tallamelle 4 , an undercut 9 can be achieved with simple means, in the area of which a complete filling of the passage opening 8 for the strength and the stable bond of the carbon layer 3 with the Insulating body 6 as the main body of the plan collector 1 is of crucial importance. By the cross section of the through openings 8 in the metal fins 4 being made smaller than the cross section of the through opening 8 in the insulating body 6 , anchoring is created which is effective when the carbon pad 3 is loaded, for example by the carbon brushes. With an at least sectionally conical design of the through opening 8 preferably in the entire area of the insulating body 6 , the anchoring is solidly strengthened ver, so that the associated metal fins 4 are also fixed to the insulating body 6 in an improved manner. The through opening 8 in the region of the metal support 4 , which is designed as a cylindrical bore in FIG. 2, can also be conical in order to further improve the anchoring effect.

Durch eine Ausbildung der Durchgangsöffnung 8 mit einem Quer­ schnitt, der von einer Kreisform abweicht, ist nach dem Pressen der Kohlenstoffauflagen 3 und des Kohlenstoffzapfens 7 ein verwindungssteifer Ansatz gebildet, der die Verankerung der Kohlenstoffauflage 3 und der Metallamelle 4 am Isolierkörper 6 bei hohen zentrifugalen Belastungsanforderungen am Plankollek­ tor 1 wie auch bei tangentialen Reibbeanspruchungen durch die Kohlebürsten wesentlich verbessert. In Fig. 3 sind am Kohlen­ stoffzapfen 7 befindliche Formflächen 10 in einer Rückansicht des Plankollektors 1 dargestellt, die in bevorzugter Ausführung eben und parallel zueinander sich zumindest teilweise über den kegeligen Teil des Kohlenstoffzapfens 7 im Bereich des Isolierkörpers 6 erstrecken.By forming the through opening 8 with a cross section that deviates from a circular shape, a torsionally rigid approach is formed after pressing the carbon pads 3 and the carbon pin 7 , which anchor the carbon pad 3 and the metal plate 4 on the insulating body 6 at high centrifugal load requirements at the plan collector 1 as well as with tangential friction stresses by the carbon brushes significantly improved. In Fig. 3 are located on the carbon spigot 7 shaped surfaces 10 in a rear view of the plane collector 1 , which in a preferred embodiment, planar and parallel to each other at least partially extend over the conical part of the carbon spigot 7 in the region of the insulating body 6 .

Die Durchgangsöffnung 8 kann in einer weiteren, nicht darge­ stellten Ausführungsform auch nur in einem, von der Planfläche 2 aus gesehen, ersten Teil im Bereich der Hinterschneidung 9 vollständig mit Kohlenstoff verpreßt werden. Mit einem in die Durchgangsöffnung 8 rückseitig zumindest teilweise hineinragen­ den Widerlager (nicht dargestellt) kann eine vollständige Quer­ schnittsausfüllung der Durchgangsöffnung 8 so weit verkürzt werden, daß der zuverlässige Halt der Kohlenstoffauflage 3 noch gewährleistet ist. Desgleichen kann der Kohlenstoffzapfen 7 hülsenförmig durch ein die Durchgangsöffnung nur in einem Kernbereich ausfüllendes Widerlager geformt werden. Der Kohlen­ stoffzapfen 7 ist dann im hinteren Teil auf den Bereich der Isolierkörperwandung beschränkt und bildet so in Teilen des Kohlenstoffzapfens 7 nach Rückzug des Preßkörpers bzw. des Widerlagers einen Hohlkörper. Damit ist neben einer Material­ einsparung vor allem die Möglichkeit einer Massereduzierung gegeben, die das dynamische Verhalten des Plankollektors 1 bei hohen Drehzahlen positiv beeinflußt.In a further embodiment, not shown, the through-opening 8 can also be completely pressed with carbon in only one, seen from the plane surface 2 , of the first part in the region of the undercut 9 . With an at least partially protrude into the through opening 8 at the rear, the abutment (not shown), a complete cross-sectional filling of the through opening 8 can be shortened to such an extent that the reliable hold of the carbon pad 3 is still ensured. Likewise, the carbon pin 7 can be shaped in the form of a sleeve by means of an abutment which only fills the through opening in a core region. The carbon spigot 7 is then limited in the rear part to the area of the insulating body wall and thus forms a hollow body in parts of the carbon spigot 7 after withdrawal of the compact or the abutment. Thus, in addition to saving material, there is above all the possibility of reducing the mass, which has a positive influence on the dynamic behavior of the plane collector 1 at high speeds.

Für größere Plankollektoren 1 mit entsprechend großer, segmen­ tierter Kohlenstoffauflage 3 auf dem Isolierkörper 6 können die Verankerungseigenschaften mittels der erfindungsgemäßen Durchgangsöffnungen 8 noch verbessert werden, indem mehrere Durchgangsöffnungen 8 über die Segmentfläche verteilt angeordnet sind. Diese schaffen eine Verdrehsicherheit und erlauben es, die einzelne Durchgangsöffnung mit Kreisquerschnitt auszuführen.For larger plan collectors 1 with a correspondingly large, segmen-oriented carbon support 3 on the insulator 6, the anchoring properties can be 8 further improved by the inventive through-holes by a plurality of through openings are arranged distributed over the segment 8 surface. These create a security against rotation and allow the individual through opening to be designed with a circular cross section.

Claims (9)

1. Plankollektor für einen Elektromotor oder -generator, mit an einer Planfläche eines Isolierkörpers angeordneten Me­ tallamellen, die zumindest im Bereich einer für eine Stromab­ nahme durch Kohlebürsten vorgesehenen Lauffläche mit einer Kohlenstoffauflage versehen sind, die die Metallamellen an zumindest einer Durchbrechung durchsetzen, dadurch gekennzeich­ net, daß die Durchbrechung in Form einer durch den Isolierkörper (6) reichenden Durchgangsöffnung (8) ausgebildet ist.1. Plane collector for an electric motor or generator, with arranged on a flat surface of an insulating body tallamellen, which are provided at least in the area for a Stromab provided by carbon brushes with a carbon pad that enforce the metal lamellae at least one opening, characterized net that the opening is in the form of a through the insulating body ( 6 ) extending through opening ( 8 ). 2. Plankollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Durchgangsöffnung (8), von der Planfläche (2) aus gesehen, zumindest eine Hinterschneidung (9) aufweist.2. plan collector according to claim 1, characterized in that the through opening ( 8 ), seen from the plane surface ( 2 ), has at least one undercut ( 9 ). 3. Plankollektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Querschnitt der Durchgangsöffnung (8) in der Metallamelle (4) kleiner ist als der Querschnitt der Durch­ gangsöffnung (8) im Isolierkörper (6).3. plan collector according to claim 1 or 2, characterized in that the cross section of the through opening ( 8 ) in the metal lamella ( 4 ) is smaller than the cross section of the through opening ( 8 ) in the insulating body ( 6 ). 4. Plankollektor nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (8) zumin­ dest abschnittsweise kegelig ausgebildet ist.4. plan collector according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the through opening ( 8 ) is at least partially tapered. 5. Plankollektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Durchgangsöffnung (8) in der Metallamelle (4) kegelig ausgebildet ist. 5. plan collector according to claim 4, characterized in that the through opening ( 8 ) in the metal lamella ( 4 ) is conical. 6. Plankollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß je Metallamelle (4) nur eine Durch­ gangsöffnung (8) angeordnet ist, die im Querschnitt von einer Kreisform abweicht.6. plan collector according to one of claims 1 to 5, characterized in that each metal lamella ( 4 ) only one through opening ( 8 ) is arranged, which deviates in cross section from a circular shape. 7. Plankollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (8) nur in einem, von der Planfläche (2) aus gesehen, ersten Teil voll­ ständig mit Kohlenstoff verpreßt ist.7. plan collector according to one of claims 1 to 6, characterized in that the through opening ( 8 ) only in one, seen from the plane surface ( 2 ), the first part is fully compressed with carbon. 8. Plankollektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß ein in der Durchgangsöffnung (8) befindlicher Kohlen­ stoffzapfen (7) zumindest teilweise einen Hohlkörper bildet.8. plan collector according to claim 7, characterized in that a in the through opening ( 8 ) located carbon pin ( 7 ) at least partially forms a hollow body. 9. Plankollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Durchgangsöffnungen (8) durch den Isolierkörper (6) reichen.9. plan collector according to one of claims 1 to 8, characterized in that a plurality of through openings ( 8 ) through the insulating body ( 6 ).