DE4241407A1 - Trommelkollektor für elektrische Maschinen - Google Patents
Trommelkollektor für elektrische MaschinenInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Trommelkollektor für
elektrische Maschinen der im Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 definierten Gattung.
Solche Trommelkollektoren oder -kommutatoren werden bei
naßlaufenden Elektromotoren in Förderaggregaten für
aggressive Flüssigkeiten, z. B. in Kraftstofförderpumpen von
Kraftfahrzeugen, verwendet. Der gegenüber dem zu fördernden
aggressiven Medium resistente Oberflächenbelag aus
Kohlematerial, z. B. Graphit, schützt die metallische
Oberfläche der meist aus Kupfer gefertigten
Kollektorlamellen, die ansonsten stark oxidiert und beim
Stromübergang stark angegriffen wird, mit der Folge eines
hohen und ungleichmäßigen Spannungsabfalls am Kollektor.
Bei bekannten Trommelkollektoren dieser Art
(DE-GM 89 07 045, Seite 2) wird der Oberflächenbelag mit
einem Graphitring realisiert, der an seiner Innenfläche
oberflächenbehandelt und dann auf dem Trommelkollektor
aufgelötet wird. Anschließend wird der Graphitring
geschlitzt, also segmentiert, so daß sich ein Graphitbelag
für die einzelnen Kollektorlamellen ergibt.
Bei einem bekannten Plankollektor (DE-GM 89 07 045) ist der
aus Kunststoff gefertigte Kollektorkörper mit einer
Kupferauflage versehen, in welcher Kollektorsegmente
ausgebildet sind. Die Planfläche der Kollektorsektoren ist
jeweils mit einem Kohlenstoffbelag versehen, der über
formschlüssige Haltemittel durch die Kollektorlamelle
hindurch in eine entsprechende Ausnehmung im
Kollektorkörper eingreift und dort verankert ist.
Der erfindungsgemäße Trommelkollektor mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil,
daß durch das erfindungsgemäße Vorsehen von Vertiefungen
und Durchbrüche in den Kollektorlamellen und deren
Auffüllen mit dem Kohlematerial des Oberflächenbelags ein
intensiver Formschluß des Oberflächenbelags gegen Lösen der
Kollektorsegmente in allen Richtungen erzielt wird. Dadurch
ist der Kollektor weniger empfindlich gegen Spannungen
infolge Temperaturwechsel, Dehnspannungen und ähnlichem,
wodurch sich nicht nur das Langzeitverhalten des
Trommelkollektors wesentlich verbessert sondern auch die
Kollektorübergangswiderstände sinken.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im
Anspruch 1 angegebenen Trommelkollektors möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
liegen die Kollektorlamellen mit Oberflächenbelag mit ihren
von den Anschlußfahnen abgekehrten freien Stirnseiten an
einem mit der Isolierstofftrommel einstückigen Ringflansch
an, der radial über den Trommelumfang vorsteht und bis zur
Oberkante des Oberflächenbelags der Kollektorlamellen
reicht. Durch diesen Ringflansch, der zusammen mit der
Isolierstofftrommel aus der gleichen Preßmasse hergestellt
ist, wird ein Schutz des Oberflächenbelags gegen
mechanische Beschädigungen erzielt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
liegen die von dem Ringflansch abgekehrten Stirnseiten der
Oberflächenbeläge der Kollektorlamellen bündig an einen auf
den Kollektorlamellen aufliegenden Ringbund aus
Isolierstoff an, der durch Ausnehmungen in den
Kollektorlamellen hindurch einstückig mit der
Isolierstofftrommel verbunden ist. Der Ringbund wird
ebenfalls beim Pressen der Isolierstofftrommel aus der
Preßmasse mit angeformt. In Verbindung mit dem Ringflansch
ist damit das Kohlematerial der Oberflächenbeläge der
Kollektoren stirnseitig von Preßmasse umhüllt und damit
optimal gegen mechanische Beschädigungen geschützt. Darüber
hinaus wird durch den dem Kohlematerial vorgelagerten
Ringbund aus Preßmasse mit deren geringem Wärmeleitvermögen
der Wärmetransport von den Anschlußfahnen zum
Oberflächenbelag wesentlich reduziert. Damit wird das
Kohlematerial vor übermäßiger Erhitzung beim Anschweißen
der Ankerwicklung an die Anschlußfahnen geschützt. Dadurch
wiederum kann ein Standardschweißverfahren eingesetzt
werden, ohne den Kohleverbund beim Schweißen zu schädigen.
Auf den Einsatz von teuren Schweißverfahren mit niedrigen
Schweißtemperaturen, z. B. Ultraschallschweißen, kann damit
verzichtet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
steht auf der Unterseite einer jeden Kollektorlamelle eine
Kralle nach innen ab, die in der Zylinderwand der
Isolierstoffhülse verankert ist. Die Krallen werden dabei
bevorzugt jenseits des Ringbunds aus den Kollektorlamellen
freigestanzt und nach innen abgebogen. Beim Einpressen der
Isolierstoffhülse werden die Krallen formschlüssig in die
Preßmasse aufgenommen und damit eine zusätzliche Sicherung
der Kollektorlamellen gegen Radial- und Axialkräfte
erzielt.
Der erfindungsgemäße Trommelkollektor wird gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung in der Weise
hergestellt, daß zunächst ein Metallband, z. B. aus Kupfer,
durch Stanzen mit zwei auf der Wandunterseite im
Parallelabstand voneinander verlaufenden Nuten versehen
wird, und in das Metallband Bohrungen in einem der
Kollektorlamellenbreite entsprechenden Abstand eingebracht
werden, die jeweils in den beiden Nuten münden. Ggf. werden
noch die Krallen ausgestanzt und aus dem Metallband
ausgebogen. Das Metallband wird nunmehr in die
erforderliche Zylinderform gebracht und in eine Preßform
eingesetzt, in welche dann das Kohlematerial eingepreßt
wird. Nach Aushärten des Kohlematerials ist durch das
Auffüllen der Nuten und Bohrungen ein intensiver Formschluß
mit Hinterschnitt entstanden. In einer weiteren Preßform
wird dann das Metallband mit ausgehärtetem Kohlematerial in
die Preßmasse der Isolierstoffhülse eingebettet, wodurch
durch geeignete Gestaltung der Preßform gleichzeitig der
Ringflansch und der Ringsteg an den beiden Stirnseiten des
Oberflächenbelags ausgeformt wird. Danach werden die durch
die Aussparungen im Metallband entstandenen Bandstege zu
Anschlußfahnen hakenförmig um etwas weniger als 180° in
Richtung der Oberfläche der Kollektorlamellen umgebogen,
und das Metallband mit Oberflächenbelag und Ringbund wird
axial aufgeschnitten, wobei die Trennlinien quer zu den
Nuten und symmetrisch zu jeweils zwei der benachbarten
Bohrungen in den Nuten verlaufen.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ausschnittweise einen Längsschnitt eines
Trommelkommutators für eine elektrische
Maschine,
Fig. 2 ausschnittweise eine Unteransicht eines
vorgefertigten Metallbandes zur Herstellung des
Trommelkollektors in Fig. 1.
Der in Fig. 1 ausschnittweise im Längsschnitt dargestellte
Trommelkollektor für eine elektrische Maschine hat eine
Isolierstofftrommel 10, die drehfest auf die Abtriebswelle
eines Elektromotors aufgesetzt wird. Auf dem Mantel der
Isolierstofftrommel 10 ist eine Vielzahl von nebeneinander
angeordneten, voneinander durch Axialschlitze elektrisch
getrennte Kollektorlamellen 11 aus einem elektrisch
leitfähigem Metall, vorzugsweise Kupfer, befestigt. Die
Kollektorlamellen 11 sind im Auflagebereich der
Kommutatorbürsten jeweils mit einem Oberflächenbelag 12 aus
einem Kohlematerial, z. B. Graphit, versehen, der
stirnseitig zwischen einem Ringflansch 13 und zu einem
Ringbund 14 zusammengesetzten Segmenten eingebettet ist.
Der Ringflansch 13 ist einstückig an die
Isolierstofftrommel 10 angeformt und steht radial über den
Trommelumfang bis hin zur Oberkante des Oberflächenbelags
12 vor. Die Segmente des Ringbunds 14 sind durch
Ausnehmungen 15 in den Kollektorlamellen 11, die hier als
Bohrungen ausgeführt sind, ebenfalls einstückig mit der
Isolierstofftrommel 10 verbunden. Die Segmente setzen sich
über den Umfang des Trommelkollektors zu einem
geschlossenen Ringbund 14 zusammen, der nur durch die
Axialschlitze zwischen den Kollektorlamellen 11
unterbrochen ist.
Zur Erzielung eines intensiven Formschlusses zwischen den
Kollektorlamellen 11 und ihres Oberflächenbelags 12 aus
Kohlematerial sind in jede Kollektorlamelle 11 auf deren
Unterseite zwei Vertiefungen in Form jeweils einer über die
gesamte Lamellenbreite sich erstreckenden Quernut 16 bzw.
17, sowie zwei radiale Durchbrüche, hier jeweils in Form
einer Bohrung 18, 19, eingebracht, wobei jeweils eine
Bohrung 18 bzw. 19 in eine der Quernuten 16 bzw. 17 mündet.
Das Kohlematerial des Oberflächenbelags 12 füllt die
Bohrungen 18 und 19 und die Quernuten 16, 17 einstückig aus,
so daß der Oberflächenbelag 12 durch ein sog. Hinterschnitt
auf der Oberfläche der metallischen Kollektorlamelle 11
befestigt ist. An dem von dem Ringflansch 13 der
Isolierstofftrommel 10 abgekehrten Ende ist jede
Kollektorlamelle 11 mit einer Anschlußfahne 20 versehen,
die einstückig von der Kollektorlamelle 11 abgebogen ist.
An diese Anschlußfahnen 20 wird die Ankerwicklung des
Elektromotors angelötet oder angeschweißt.
Wie in Fig. 1 strichliniert angedeutet ist, kann auf der
Unterseite einer jeden Kollektorlamelle 11 eine Kralle 21
nach innen abstehen, die in der Zylinderwand der
Isolierstofftrommel 10 eingebettet ist. Dadurch wird ein
zusätzlicher Formschluß der Kollektorlamelle 11 in der
Isolierstofftrommel 10 bewirkt. Die Kralle 21 wird
bevorzugt aus der Kollektorlamelle 11, und zwar im Bereich
zwischen dem Ringbund 14 und der Anschlußfahne 20,
freigestanzt und nach innen ausgebogen.
Der beschriebene Trommelkollektor wird wie folgt
hergestellt:
Ein Metallband 22 aus Kupfer, wie dies ausschnittweise in
Fig. 2 dargestellt ist, wird auf seiner Unterseite mit zwei
parallelen, längsdurchgehenden Nuten 16, 17 versehen, welche
die Quernuten 16, 17 in den Kollektorlamellen 11 bilden. Die
Nuten können z. B. durch Stanzen eingeprägt werden. In jede
der Nuten 16, 17 werden einerseits Bohrungen 18 und
andererseits Bohrungen 19 eingebracht, wobei der Abstand
der Bohrungen 18 voneinander und der Bohrungen 19
voneinander gleich der gewünschten Kollektorlamellenbreite
ist. Im Abstand zu der Nut 17, fluchtend mit den Bohrungen
18, 19, werden weitere Bohrungen 15 eingebracht, welche die
bereits beschriebenen Ausnehmungen 15 zur Verbindung des
Ringbundes 14 mit der Isolierstofftrommel 10 bilden. An der
von den Nuten 16, 17 am weitesten entfernt liegenden
Stirnseite des Metallbands 22 werden Aussparungen 23 so
ausgestanzt, daß zwischen ihnen jeweils ein Bandsteg 24
verbleibt, dessen Symmetrieachse in der Fluchtlinie der
Bohrungen 18, 19 und 15 liegt. Aus den Bandstegen 24 werden
später die Anschlußfahnen 20 gebildet. Die Aussparungen 23
sind alle gleichartig geformt und bezüglich ihrer
Mittelachse spiegelsymmetrisch ausgeführt.
Das, wie beschrieben durch Stanzen und Formen vorgefertigte
Metallband 22, das in Fig. 2 in Unteransicht
ausschnittweise dargestellt ist, wird nunmehr in
Zylinderform gebracht und in eine Preßform eingesetzt. In
die Preßform wird das Kohlematerial eingepreßt, so daß sich
sowohl der Oberflächenbelag 12 in der gewünschten Form
bildet, als auch die Bohrungen 18, 19 und die Nuten 16, 17
mit Kohlematerial ausgefüllt werden. Nach Aushärten des
Kohlematerials besteht Formschluß zwischen dem
Oberflächenbelag 12 und dem Metallband 22. In einer
weiteren Preßform wird, wie üblich, das beschichtete
Metallband 22 in die Isolierstofftrommel 10 eingebettet,
wobei ggf. zuvor die Krallen 21 aus dem Metallband 22 nach
innen auszubiegen wären. In der Preßform bildet die
Preßmasse sowohl die Isolierstofftrommel 10 als auch den
Ringflansch 13 sowie durch die Bohrungen 15 hindurch den
Ringbund 14. Damit ist das ausgehärtete Kohlematerial
stirnseitig in die Preßmasse, aus welcher die
Isolierstofftrommel 10 gefertigt ist, eingebettet. Nunmehr
werden die Bandstege 24 um etwas weniger als 180° auf die
Oberfläche des Metallbands 22 zurückgebogen, wie dies in
Fig. 1 dargestellt ist. Sodann werden die Kollektorlamellen
11 durch schlitzartiges Auftrennen des Oberflächenbelags
12, des Metallbands 22 und die Ringbundes 14 hergestellt,
wobei die in Fig. 2 strichliniert angedeuteten Trennlinien
oder Schlitze 25 genau mittig zwischen zwei Bohrungen 18 in
der Nut 16 und zwei Bohrungen 19 in der Nut 17 und auch
mittig zwischen zwei benachbarten Bohrungen 15 verlaufen.
Damit sind die einzelnen Kollektorlamellen 11 voneinander
elektrisch getrennt, die Nuten 16, 17 sind in die Quernuten
16, 17 (Fig. 1) unterteilt, die sich jeweils über eine
Kollektorlamellenbreite erstrecken, und der Ringbund 14 ist
in die eingangs beschriebenen einzelnen
Ringbundsegmente unterteilt. Nach Aufsetzen des
Trommelkollektors auf die Rotorwelle einer elektrischen
Maschine kann die Ankerwicklung der elektrischen Maschine
mit den Anschlußfahnen 20 verbunden werden, wobei die
mechanische und elektrische Verbindung durch herkömmliches
Schweißen hergestellt wird.
Claims (8)
1. Trommelkollektor für elektrische Maschinen, mit einer
Isolierstofftrommel (10) und mit einer Vielzahl von
auf deren Mantel nebeneinander befestigten,
voneinander durch Axialschlitze elektrisch getrennten
Kollektorlamellen (11) aus einem elektrisch
leitfähigem Material, die jeweils mit einem
Oberflächenbelag (12) aus Kohlematerial und mit einer
Anschlußfahne (20) für die Ankerwicklung der
elektrischen Maschine versehen sind, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Kollektorlamelle (11)
mindestens eine Vertiefung (16, 17) in ihrer auf der
Isolierstofftrommel (10) aufliegenden Unterseite sowie
mindestens einen in der Vertiefung (Quernut 16, 17) mit
dieser gegenüber reduzierten Abmessungen mündenden
radialen Durchbruch (Bohrung 18, 19) aufweist und daß
das Kohlematerial des Oberflächenbelags (12)
einstückig den Durchbruch (18, 19) und die Vertiefung
(16, 17) ausfüllt.
2. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kollektorlamellen (11) mit Oberflächenbelag
(12) mit ihren von den Anschlußfahnen (20) abgekehrten
Stirnseiten an einem mit der Isolierstofftrommel (10)
einstückigen Ringflansch (13) anliegen, der radial
über den Trommelumfang vorsteht und bis zur Oberkante
des Oberflächenbelags (12) der Kollektorlamellen (11)
reicht.
3. Kollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die von dem Ringflansch (13) abgekehrten Stirnseiten
des Oberflächenbelags (12) der Kollektorlamellen (11)
bündig an einem auf den Kollektorlamellen (11)
aufliegenden Ringbund (14) aus Isolierstoff anliegen,
der durch Ausnehmungen (Bohrungen 15) in den
Kollektorlamellen (11) hindurch einstückig mit der
Isolierstofftrommel (10) verbunden ist.
4. Kollektor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß auf der Unterseite einer jeden
Kollektorlamelle (11) eine Kralle (21) nach innen
absteht, die in der Zylinderwand der
Isolierstofftrommel (10) verankert ist.
5. Kollektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kralle (21) jenseits des Ringbunds (14) aus der
Kollektorlamelle (11) freigestanzt und nach innen
abgebogen ist.
6. Kollektor nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kollektorlamellen (11) aus
einem Metallband (22) mit zwei auf dessen Unterseite
in Parallelabstand voneinander verlaufenden Nuten
(16, 17) und mit in den Nuten (16, 17) in einem der
Kollektorlamellenbreite entsprechenden Abstand
voneinander mündenden Bohrungen (18, 19), das in
Zylinderform gebracht und in einer Preßform durch
Einpressen von Kohlematerial mit dem Oberflächenbelag
(12) versehen ist, nach Einpressen der
Isolierstofftrommel (10) mit Ringflansch (13) und
Ringbund (14) durch axiales Schlitzen von Metallband
(22), Oberflächenbelag (12) und Ringbund (14) gebildet
sind.
7. Kollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schlitze (25) quer zu den Nuten (16, 17)
symmetrisch zu jeweils zwei in der gleichen Nut (16
bzw. 17) benachbarten Bohrungen (18 bzw. 19)
verlaufen.
8. Kollektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das Metallband (22) eine Vielzahl gleichartiger, von
der einen parallel zu den Nuten (16, 17) verlaufenden
einen Stirnseite ausgehenden Aussparungen (23)
aufweist, die äquidistant angeordnet und jeweils
spiegelsymmetrisch zu einer der Schlitze (25)
ausgebildet sind, und daß die zwischen den
Aussparungen (23) verbleibenden Bandstege (24) als
Anschlußfahnen (20) hakenförmig um etwas weniger als
180° in Richtung Oberfläche der Kollektorlamellen (11)
umgebogen sind.
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |