EP0791236B1 - Steckkommutator und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Steckkommutator und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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EP0791236B1
EP0791236B1 EP96928428A EP96928428A EP0791236B1 EP 0791236 B1 EP0791236 B1 EP 0791236B1 EP 96928428 A EP96928428 A EP 96928428A EP 96928428 A EP96928428 A EP 96928428A EP 0791236 B1 EP0791236 B1 EP 0791236B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
segments
hub body
overdimensioned
region
commutator according
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP96928428A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0791236A1 (de
Inventor
Helmut Stolpmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kirkwood Industries GmbH
Original Assignee
Kirkwood Industries GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kirkwood Industries GmbH filed Critical Kirkwood Industries GmbH
Priority to SI9630208T priority Critical patent/SI0791236T1/xx
Publication of EP0791236A1 publication Critical patent/EP0791236A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0791236B1 publication Critical patent/EP0791236B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/06—Manufacture of commutators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/14—Fastenings of commutators or slip-rings to shafts

Definitions

  • the invention relates to a plug-in commutator, which has the features of the preamble of claim 1, and a method for its production, the has the features of the preamble of claim 15.
  • the invention is therefore based on the object of a plug-in commutator create, despite a reduced force for inserting the segments the segments are reliably positioned in the grooves in the grooves.
  • This The task is solved by a plug-in commutator with the features of claim 1, an undersize causing a clamping force is to be understood.
  • a method for producing the plug-in commutator according to the invention is the subject of claim 15.
  • Advantageous embodiments of the plug-in commutator according to the invention and the manufacturing method according to the invention are the subject of the subclaims.
  • the grooves in that end section have which takes up the leading end of the segments when inserted, and the segments in their trailing end section the required excess. The segments can then go into the grooves with very little force be inserted until the leading end has the excess End portion of the grooves reached and the trailing end portion of the segments enters the grooves.
  • the axial extent of the zones having the excess can vary his. Both a larger axial extension in the Area of the leading end section of the segments when inserted as well as in the area of their lagging end. In one embodiment the axial extent of the zones having the excess lies in the range of the leading end section at about 15% and in the area of the trailing End section at about 5% of the length of the brush track Part of the segments.
  • Segments and grooves can be between those overlapping in the radial direction
  • Surface areas of the segments and the hub body an intermediate space be present, which, however, will usually be relatively small.
  • the segments have between them the brush tread forming a head part and a foot part from the Head part to the foot part widening middle part, which between the Flanks of the assigned groove is clamped. Thanks to the wedge shape of this
  • the central part has a clamping force acting on the flanks of the central part radial component, which is intended for radial positioning Surfaces of the segments against the surfaces of the hub body assigned to them presses.
  • the radial positioning of the segments can be done by that these shoulders against the surface areas of the webs facing them be pressed.
  • the two shoulders of this segment preferably overlap less than half of the end face of the immediately adjacent one facing them Walkways. Between the head parts of two adjacent segments is the in The required circumferential distance exists. There is the space between the head parts of adjacent segments, preferably free of material parts of the hub body.
  • the foot portion of each segment has Connection to the wider end of the middle part in a first section reduced width with formation of a step in the area of both flanks and in a second section adjoining the first section Compared to the first section greater width, forming one step each Area on both flanks.
  • the foot section has a T-like cross-sectional profile.
  • the middle part of the segments lies over the entire surface on the flanks of the receiving groove.
  • the segments have at least two pairs of contact surfaces for anchoring. Preferably the angles between the pairs are different for each pair. This ensures that all contact surfaces despite manufacturing tolerances rest against the webs.
  • the segments are first placed in a basket which is inserted into the Grooves dictates the positioning. This basket will then be plugged in the segments are inserted into an injection or pressing tool and pressed together or sprayed with.
  • the plastic basket can only be used once.
  • the clamping force solely by the excess in the area of the end sections of the segments and / or the part of the material of the hub body which serves to place the segments is determined, waived the basket.
  • the exact positioning is done by the areas that are not oversized. The clamping force itself builds up at the end of the insertion process, does not affect this positioning more.
  • the pressure and, if appropriate, the temperature are advantageously at Inserting the segments chosen so that not a largely indissoluble Press connection between the hub body and segments arises, but that the hub body and the segments are separated again can.
  • a plug-in commutator produced by such a method is therefore recyclable.
  • a plug-in commutator has an electrically insulating material Hub body 1, which is evenly distributed over its circumference arranged, identically formed and extending in the axial direction, and is provided radially open grooves 2. As can be seen in FIG. 2 lets, the grooves 2 begin at one end of the hub body 1, end but at a distance from the other end, this end of all grooves 2 in one Radial plane lies.
  • the hub body 1 consists of a Phenolic-based molding compound. But there are also other insulating materials, such as thermoplastics or ceramics. Furthermore, that Material have a fiber reinforcement.
  • the hub body 1 can according to the Manufacturing at a temperature that is above the operating temperature be annealed.
  • a segment 4 is arranged in each of the grooves 2.
  • the same trained Segments 4 consist of an electrical common for commutator segments well conductive material.
  • the segments 4 a head part 5, the cylindrically curved end face 5 'of a part of the Brush tread forms.
  • the segments 4 are symmetrical to their longitudinal center plane 6 trained.
  • the head part 5 closes with formation a shoulder 7 to a middle part 8, the one measured in the circumferential direction Width at the end that merges into the shoulders 7 by the width of the shoulders 7 is less than the width of the head part 5.
  • Die Shoulders close an obtuse angle opening towards the end face 5 ' on.
  • the foot part 9 Widened from the head part 5 to a foot part designated as a whole as 9 the middle part 8 is wedge-like. Close its two flat flanks 8 ' in the embodiment an angle of 20 °.
  • the foot part 9 has one the first section adjoining the middle part 8 via a shoulder 10 each 11, whose width in the area of the shoulders 10 by their width is smaller than that of the middle part 8.
  • the width of the first section 11 takes evenly against the adjoining second section 12 from.
  • a shoulder 13 closes with a correspondingly greater width the second section 12, the width of which is uniform towards its end face 9 ' decreases.
  • the foot part 9 therefore has a T-like cross-sectional profile.
  • each groove 2 has a cross-sectional shape that is geometrically similar to the foot part 9, however, the dimensions of the grooves 2 are slightly larger in this part than the dimensions of the foot part 9. This is between the foot part 9 and the lateral boundary surfaces of the part 9 receiving the foot part Grooves 2 have a slight gap 17.
  • the webs 14 have in the zone 18 in which the when inserting the segments 4 in the grooves 2 leading end portion of the Segments 4 comes to rest in the fully inserted state
  • End faces 15 of the webs 14 in the radial direction an oversize, which like that 5 shows a section through zone 18, which leads to that the shoulders 7 rest against the end surfaces 15 with pressure, whereby the clamping force is increased, which of the webs 14 on the flanks 8 'of the middle part 8 is exercised.
  • the latter clamping force has one Component, which is directed against the foot part 9.
  • the gap 17 extends located in the zone 18 between the end surface 9 'of the foot part 9 and the bottom the groove 2.
  • the axial length of the zone 18 having the oversize x is about 15% of the axial length of the grooves 2 in the exemplary embodiment
  • Ramp 19 is the transition from zone 18 to the rest of the area Bars 14 in which the end faces 15 of the bars 14 have a negative oversize, that is have an undersize y. Where there is undersize y is, as well Fig. 6 shows a gap 20 between the end faces 15 of the webs 14 and Shoulders 7 present.
  • the segments 4 In the area of the lagging when the segments 4 are inserted into the grooves 2
  • the end section the segments 4 have a zone 21 with an oversize z in radial direction of the end face 9 'of its foot part 9.
  • This oversize z has how 6 shows a section through zone 21, for Consequence that the end surface 9 'with pressure at the bottom of the assigned groove 2nd is present and increases the clamping force which the webs 14 on the flanks 8 'of Exercise middle section 8.
  • zone 21 between the Shoulders 7 and the end faces 15 of the webs 14 correspond to the gap 20 narrow slot 22 available.
  • the oversize x and z are chosen so that in zones 18 and 21 the segments 4 exerted clamping forces for safe positioning and fixing the segments 4 in the hub body 1 does not fall below the necessary value.
  • hook 25 which are integrally formed on the segments 4 and Connection of the segments 4 serve with conductors of a rotor winding.
  • each segment 104 has two pairs of contact surfaces, and the rest in all details not described with the first embodiment matches.
  • the middle part 108 of each segment 104 has, as in first exemplary embodiment, a pair of flanks 108 ', which serve as contact surfaces are formed on the webs 114 of the hub body 101. That radially after Flank 108 'opened on the inside encloses an angle ⁇ .
  • the radially inside located foot part 109 of each segment 104 has a further pair of flanks 113, which are also designed as contact surfaces on the webs 114 are.
  • the further flank pair 113 encloses an angle ⁇ and is also opened radially inwards.
  • the hooks 25 according to Production of segments 4, 104 still bent in the tool.
  • the segments 4, 104 are then pushed directly into the hub body 1, 101, that is under Pressure inserted.
  • the parameters for pushing in, in particular pressure and optionally temperature, are chosen so that no indissoluble Press connection is created.
  • you can still insert the segments 4, 104 the bore of the hub body 1,101 are machined.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)
  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Steckkommutator, der die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruches 1 aufweist, und ein Verfahren zu dessen Herstellung, das die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruches 15 aufweist.
Bei einem bekannten Steckkommutator dieser Art (WO 95/14319) ist die zum Einstecken der Segmente in die Nuten aufzubringende Kraft so groß, daß Störungen beim Einstecken nicht ausgeschlossen werden können. Würde man diese Kraft dadurch reduzieren, daß man das Übermaß der Segmente und/oder das Untermaß der Nuten verkleinert, wäre eine zuverlässige Positionierung der Segmente im Nabenkörper nicht mehr gewährleistet.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Steckkommutator zu schaffen, bei dem trotz einer verringerten Kraft für das Einstecken der Segmente in die Nuten die Segmente zuverlässig in den Nuten positioniert sind. Diese Aufgabe löst ein Steckkommutator mit den Merkmalen des Anspruches 1, wobei unter einem Übermaß auch ein eine Klemmkraft bewirkendes Untermaß zu verstehen ist. Ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Steckkommutators ist Gegenstand des Anspruch 15. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Steckkommutators und des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Für eine exakte und zuverlässige Positionierung der Segmente in den Nuten ist es, wie sich gezeigt hat, völlig ausreichend, wenn der maximale Wert der auf die Segmente ausgeübten Klemmkraft durch die Klemmung im Bereich der beiden Endabschnitte der Segmente bestimmt wird. Außerdem wird dadurch, daß hohe Klemmkräfte und damit hohe, beim Einstecken der Segmente in die Nuten zu überwindende Reibungskräfte nur in den beiden Endabschnitten auftreten, die für das gleichzeitig bei allen Segmenten erfolgende Einstecken in die Nuten aufzubringende Kraft erheblich reduziert, wobei der Maximalwert dieser Kraft nur auftritt, während das nacheilende Ende der Segmente in die Nuten eintritt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben die Nuten in demjenigen Endabschnitt, der das beim Einstecken voreilende Ende der Segmente aufnimmt, und die Segmente in ihrem nacheilenden Endabschnitt das erforderliche Übermaß. Die Segmente können dann so weit mit sehr geringer Kraft in die Nuten eingesteckt werden, bis das voreilende Ende den das Übermaß aufweisenden Endabschnitt der Nuten erreicht und der nacheilende Endabschnitt der Segmente in die Nuten eintritt.
Die axiale Erstreckung der das Übermaß aufweisenden Zonen kann unterschiedlich sein. Dabei kommt sowohl eine größere axiale Erstreckung im Bereich des beim Einstecken voreilenden Endabschnittes der Segmente in Frage als auch im Bereich von deren nacheilendem Ende. Bei einer Ausführungsform liegt die axiale Erstreckung der das Übermaß aufweisenden Zonen im Bereich des voreilenden Endabschnittes bei etwa 15% und im Bereich des nacheilenden Endabschnittes bei etwa 5% der Länge des die Bürstenlaufbahn bildenden Teiles der Segmente.
In dem zwischen den beiden Endabschnitten liegenden Mittelabschnitt der Segmente und Nuten kann zwischen den sich in radialer Richtung überdeckenden Flächenbereichen der Segmente und des Nabenkörpers ein Zwischenraum vorhanden sein, der allerdings in der Regel relativ gering sein wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Segmente zwischen ihrem die Bürstenlauffläche bildenden Kopfteil und einem Fußteil einen sich vom Kopfteil zum Fußteil keilartig verbreiternden Mittelteil auf, der zwischen den Flanken der zugeordneten Nut eingeklemmt ist. Dank der Keilform dieses Mittelteils hat die auf die Flanken des Mittelteils wirkende Klemmkraft eine radiale Komponente, welche die für die radiale Positionierung vorgesehenen Flächen der Segmente gegen die ihnen zugeordneten Flächen des Nabenkörpers preßt.
Wenn, wie dies bei einer bevorzugten Ausführungsform der Fall ist, die in der Umfangsrichtung des Kommutators gemessene Breite des Kopfteils der Segmente größer ist als die entsprechende Breite des Mittelteils an dem sich an den Kopfteil anschließenden Ende und die Segmente am Übergang vom Mittelteil zum Kopfteil auf beiden Seiten je eine Schulter aufweisen, welche die unmittelbar benachbarten, die Nuten seitlich begrenzenden Stege des Nabenkörpers übergreifen, kann die radiale Positionierung der Segmente dadurch erfolgen, daß diese Schultern gegen die ihnen zugekehrten Flächenbereiche der Stege gedrückt werden.
Vorzugsweise übergreifen die beiden Schultern dieses Segmentes weniger als die Hälfte der ihnen zugewandten Endfläche der unmittelbar benachbarten Stege. Zwischen den Kopfteilen zweier benachbarter Segmente ist dann der in Umfangsrichtung erforderliche Abstand vorhanden. Dabei ist der Zwischenraum zwischen den Kopfteilen benachbarter Segmente vorzugsweise frei von Materialpartien des Nabenkörpers.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Fußteil jedes Segmentes im Anschluß an das breitere Ende des Mittelteils in einem ersten Abschnitt eine reduzierte Breite unter Bildung je einer Stufe im Bereich beider Flanken und in einem sich an den ersten Abschnitt anschließenden zweiten Abschnitt eine gegenüber dem ersten Abschnitt größere Breite unter Bildung je einer Stufe im Bereich beider Flanken auf. Der Fußteil hat hierbei also ein T-ähnliches Querschnittsprofil.
Vorzugsweise liegt der Mittelteil der Segmente vollflächig an den Flanken der aufnehmenden Nut an. Statt einer Anlage der am Übergang vom Mittelteil zum Kopfteil vorhandenen Schultern der Segmente an den Endflächen der Stege kann man auch eine Anlage der dem Kopfteil abgewandten Endfläche des Fußteils unter Druck am Grund der das Segment aufnehmenden Nut zum Zwecke der radialen Positionierung vorsehen. Besonders vorteilhaft ist es, die letztgenannte Anlage im Bereich des nacheilenden Endes der Segmente und die Anlage der Schultern an den Endflächen der Stege im Bereich des voreilenden Endes vorzusehen.
Für die Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre ist es unerheblich, welche Größe der Kommutator aufweist oder wie das Verhältnis von Teilung und Größe des Kommutators ist. Bei Steckkommutatoren mit einem kleinen Durchmesser und einer hohen Teilung kann es jedoch sein, daß bei Einhaltung des notwendigen Abstandes zwischen den einzelnen Segmenten die als Anlageflächen dienenden Flanken der Segmente zu kurz ausgebildet sind. Für die Erfüllung der Leistungsanforderungen ist es daher von Vorteil, wenn die Segmente zur Verankerung wenigstens zwei Paare von Anlageflächen aufweisen. Vorzugsweise sind die Winkel zwischen den Paaren für jedes Paar unterschiedlich. Dadurch ist sichergestellt, daß alle Anlageflächen trotz Fertigungstoleranzen an den Stegen anliegen.
Bei der Herstellung von üblichen Kommutatoren werden die Segmente zunächst in einen Korb eingesetzt, der beim Einstecken der Segmente in die Nuten die Positionierung vorgibt. Dieser Korb wird dann nach dem Einstecken der Segmente in ein Spritz- oder Preßwerkzeug eingebracht und mitverpreßt bzw. mitverspritzt. Der Kunststoffkorb ist nur einmal verwendbar. Demgegenüber wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem die Klemmkraft allein durch das Übermaß im Bereich der Endabschnitte der Segmente und/oder der der Anlage der Segmente dienenden Materialpartie des Nabenkörpers bestimmt wird, auf den Korb verzichtet. Die exakte Positionierung erfolgt durch die Bereiche, die nicht mit Übermaß versehen sind. Die Klemmkraft, die sich am Ende des Einsteckvorgangs aufbaut, beeinflußt diese Positionierung nicht mehr. Mit dem Wegfall des Korbes ist sowohl eine Materialersparnis als auch eine Verkürzung des Herstellungsverfahrens um die Schritte des Bestückens und des Entfernen des Korbes verbunden. Durch den Wegfall des Korbes ist es auch möglich, daß die dem elektrischen Anschluß der Segmente dienenden Haken bereits bei der Herstellung der Segmente im Werkzeug gebogen werden. Der Arbeitsgang Biegen entfällt.
Vorteilhafterweise sind der Druck und gegebenenfalls die Temperatur beim Einstecken der Segmente so gewählt, daß nicht eine weitgehend unauflösliche Preßverbindung zwischen Nabenkörper und Segmenten entsteht, sondern daß der Nabenkörper und die Segmente wieder voneinander getrennt werden können. Ein nach einem solchen Verfahren hergestellter Steckkommutator ist damit recyclebar.
Im folgenden ist die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert. Es zeigen
Fig. 1
eine Stirnansicht des ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 2
einen Schnitt nach der Linie II - II der Fig. 1,
Fig. 3
einen vergrößert dargestellten Ausschnitt aus Fig. 2,
Fig. 4
eine Stirnansicht eines der Segmente,
Fig. 5
einen vergrößert und unvollständig dargestellten Querschnitt des ersten Ausführungsbeispiels im Bereich des voreilenden Endabschnittes der Segmente,
Fig. 6
einen Querschnitt entsprechend Fig. 5 des ersten Ausführungsbeispiels im Bereich des nacheilenden Endabschnittes der Segmente,
Fig. 7
einen vergrößert und unvollständig dargestellten Querschnitt des zweiten Ausführungsbeispiels im Bereich des nacheilenden Endabschnitts der Segmente.
Ein Steckkommutator weist einen aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Nabenkörper 1 auf, der mit gleichmäßig über seinen Umfang verteilt angeordneten, gleich ausgebildeten und in axialer Richtung verlaufenden, sowie radial nach außen offenen Nuten 2 versehen ist. Wie Fig. 2 erkennen läßt, beginnen zwar die Nuten 2 am einen Ende des Nabenkörpers 1, enden aber im Abstand vom anderen Ende, wobei dieses Ende aller Nuten 2 in einer Radialebene liegt. Der Nabenkörper 1 besteht im Ausführungsbeispiel aus einer Formmasse auf Phenolbasis. Es kommen aber auch andere Isoliermaterialien, wie beispielsweise Thermoplaste oder Keramik, in Frage. Ferner kann das Material eine Faserverstärkung aufweisen. Der Nabenkörper 1 kann nach der Herstellung bei einer Temperatur, welche über der Betriebstemperatur liegt, getempert werden.
In jeder der Nuten 2 ist ein Segment 4 angeordnet. Die gleich ausgebildeten Segmente 4 bestehen aus einem für Kommutatorsegmente üblichen, elektrisch gut leitenden Material. Wie beispielsweise Fig. 4 zeigt, weisen die Segmente 4 einen Kopfteil 5 auf, dessen zylindrisch gekrümmte Endfläche 5' einen Teil der Bürstenlauffläche bildet. Die Segmente 4 sind symmetrisch zu ihrer Längsmittelebene 6 ausgebildet. An den Kopfteil 5 schließt sich unter Bildung je einer Schulter 7 ein Mittelteil 8 an, dessen in Umfangsrichtung gemessene Breite an dem über je eine Ausrundung in die Schultern 7 übergehenden Ende um die Breite der Schultern 7 geringer ist als die Breite des Kopfteils 5. Die Schultern schließen einen sich zur Endfläche 5' öffnenden, stumpfen Winkel ein. Vom Kopfteil 5 zu einem als Ganzes mit 9 bezeichneten Fußteil hin verbreitert sich der Mittelteil 8 keilartig. Seine beiden ebenen Flanken 8' schließen im Ausführungsbeispiel einen Winkel von 20° ein. Der Fußteil 9 weist einen sich an den Mittelteil 8 über je eine Schulter 10 anschließenden ersten Abschnitt 11 auf, dessen Breite im Bereich der Schultern 10 um deren Breite geringer ist als diejenige des Mittelteils 8. Die Breite des ersten Abschnittes 11 nimmt gegen den sich an ihn anschließenden zweiten Abschnitt 12 gleichmäßig ab. Über je eine Schulter 13 schließt sich mit entsprechend größerer Breite der zweite Abschnitt 12 an, dessen Breite gegen seine Endfläche 9' hin gleichmäßig abnimmt. Der Fußteil 9 hat deshalb ein T-ähnliches Querschnittsprofil.
Wie insbesondere Fig. 5 zeigt, übergreifen, wenn die Segmente 4 in die Nuten 2 eingesteckt sind, die beiden Schultern 7 die die Nut seitlich begrenzenden Stege 14 des Nabenkörpers 1, und zwar um weniger als die Hälfte der dem Kopfteil 5 zugekehrten Endfläche 15. Daher ist zwischen zwei benachbarten Segmenten 4 ein Schlitz 16 vorhanden, in den im Ausführungsbeispiel keine Materialpartie des Nabenkörpers 1 hineinragt. Die die Schlitze 16 begrenzenden Seitenflächen der Kopfteile 5 verlaufen parallel zueinander.
Wie Fig. 5 weiterhin zeigt, liegen die beiden Flanken 8' des Mittelteils 8 jedes Segmentes 4 vollflächig an den Stegen 14 an. Der den Fußteil 9 aufnehmende Teil jeder Nut 2 hat eine dem Fußteil 9 geometrisch ähnliche Querschnittsform, jedoch sind die Abmessungen der Nuten 2 in diesem Teil geringfügig größer als die Abmessungen des Fußteils 9. Dadurch ist zwischen dem Fußteil 9 und den seitlichen Begrenzungsflächen des den Fußteil 9 aufnehmenden Teils der Nuten 2 ein geringfügiger Spalt 17 vorhanden.
Wie Fig. 3 zeigt, haben die Stege 14 in derjenigen Zone 18, in welcher der beim Einstecken der Segmente 4 in die Nuten 2 voreilende Endabschnitt der Segmente 4 im vollständig eingesteckten Zustand zu liegen kommt, an den Endflächen 15 der Stege 14 in radialer Richtung ein Übermaß, welches wie die einen Schnitt durch die Zone 18 darstellende Fig. 5 erkennen läßt, dazu führt, daß die Schultern 7 vollflächig mit Druck an den Endflächen 15 anliegen, wodurch die Klemmkraft erhöht wird, welche von den Stegen 14 auf die Flanken 8' des Mittelteils 8 ausgeübt wird. Die letztgenannte Klemmkraft hat eine Komponente, welche gegen den Fußteil 9 gerichtet ist. Der Spalt 17 erstreckt sich in der Zone 18 zwischen die Endfläche 9' des Fußteils 9 und den Grund der Nut 2. Die axiale Länge der das Übermaß x aufweisenden Zone 18 beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 15% der axialen Länge der Nuten 2. Über eine Rampe 19 erfolgt der Übergang von der Zone 18 zu dem übrigen Teil der Stege 14, in denen die Endflächen 15 der Stege 14 ein negatives Übermaß, also ein Untermaß y haben. Dort, wo das Untermaß y vorhanden ist, ist, wie auch Fig. 6 zeigt, ein Spalt 20 zwischen den Endflächen 15 der Stege 14 und den Schultern 7 vorhanden.
Im Bereich des beim Einstecken der Segmente 4 in die Nuten 2 nacheilenden Endabschnittes haben die Segmente 4 eine Zone 21 mit einem Übermaß z in radialer Richtung der Endfläche 9' ihres Fußteiles 9. Dieses Übermaß z hat, wie die einen Schnitt durch die Zone 21 darstellende Fig. 6 erkennen läßt, zur Folge, daß die Endfläche 9' mit Druck am Grund der zugeordneten Nut 2 anliegt und die Klemmkraft erhöht, welche die Stege 14 auf die Flanken 8' des Mittelteils 8 ausüben. Infolgedessen ist im Bereich der Zone 21 zwischen den Schultern 7 und den Endflächen 15 der Stege 14 ein dem Spalt 20 entsprechend schmaler Schlitz 22 vorhanden.
Die Übermaße x und z sind so gewählt, daß die in den Zonen 18 und 21 auf die Segmente 4 ausgeübten Klemmkräfte den für eine sichere Positionierung und Festlegung der Segmente 4 im Nabenkörper 1 notwendigen Wert nicht unterschreitet.
Dennoch ist die erforderliche Kraft für das gleichzeitige Einstecken aller Segmente 4 in die Nuten 2 vom Beginn des Einsteckvorganges bis zum Erreichen der Zone 18 durch das voreilende Ende der Segmente 4 sehr gering, weil hierbei nur die zunächst allenfalls geringen Klemmkräfte, welche die Stege 14 auf den Mittelteil 8 der Segmente ausüben, überwunden werden müssen. Erst beim Eindringen des voreilenden Endabschnittes der Segmente 4 in die Zone 18 steigt die erforderliche Einschubkraft stark an und erreicht ihren Maximalwert, wenn die Endfläche 9' des Fußteils 9 in der Zone 21 in Anlage an den Grund der zugeordneten Nut 2 kommt, wobei dieser Einlauf durch eine Rampe als Übergang zur Zone 21 erleichtert wird. Wenn die Segmente 4 vollständig in die Nuten 2 eingesteckt sind, liegt, wie Fig. 3 zeigt, das voreilende Ende an einer Fläche 23 an, welche im Abstand von der im benachbarten, im Ausführungsbeispiel konischen Stirnfläche 24 des Nabenkörpers 1 liegt und die Nut 2 in axialer Richtung begrenzt. Alle Flächen 23 liegen in einer gemeinsamen Radialebene.
An der Außenmantelfläche des von den Flächen 23 und der konischen Stirnfläche 24 begrenzten Endabschnittes des Nabenkörpers 1 liegen im Ausführungsbeispiel Haken 25 an, die an die Segmente 4 angeformt sind und der Verbindung der Segmente 4 mit Leitern einer Rotorwicklung dienen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel betrifft einen Steckkommutator, dessen Segmente 104 zwei Paare von Anlageflächen aufweisen, und der im übrigen in allen nicht beschriebenen Einzelheiten mit dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmt. Das Mittelteil 108 eines jeden Segmentes 104 weist, wie im ersten Ausführungsbeispiel, ein Paar Flanken 108' auf, welche als Anlageflächen an die Stege 114 des Nabenkörpers 101 ausgebildet sind. Das radial nach innen geöffnete Flankenpaar 108' schließt einen Winkel α ein. Der radial innen gelegene Fußteil 109 eines jeden Segmentes 104 weist ein weiteres Paar Flanken 113 auf, welche ebenfalls als Anlageflächen an die Stege 114 ausgebildet sind. Das weitere Flankenpaar 113 schließt einen Winkel β ein und ist ebenfalls radial nach innen geöffnet. Der Winkel β ist kleiner als der Winkel α. Im Grenzfall kann β = 0° sein, d.h. die Flanken 113 verlaufen parallel zueinander.
Beim Einstecken der Segmente 104 in die Nuten 102 des Nabenkörpers 101 werden die Segmente 104 durch das Übermaß im Endabschnitt radial nach außen gedrückt. Dabei kommen zunächst die am Fußteil 109 vorgesehenen Flanken 113 in Anlage mit den Stegen 114. Durch den kleinen Winkel β wirken die Stege 114 dem Einstecken der Segmente 104 nur mit geringer Kraft entgegen. Beim weiteren Einstecken werden die Flanken 113 so weit in den Nabenkörper 101 eingedrückt, bis die am Mittelteil 108 vorgesehenen Flanken 108' in Anlage mit den Stegen 114 kommen. Bei richtiger Wahl der Winkel α und β und der sonstigen Dimensionierungen der Segmente 104 und der Stege 114 kommen so alle Flankenpaare 108' und 113 in Anlage an die Stege 114. Bei druckfesten Nabenkörpern 101 ist es von Vorteil, wenn die Stege 114 im Bereich der Fußteile 109 zueinander einen gegenüber β etwas größeren Öffnungswinkel nach innen aufweisen. Dadurch kommt nur ein Teil der Flanken 113 in Anlage, was die entgegenwirkende Kraft verringert.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Haken 25 nach der Herstellung der Segmente 4, 104 noch im Werkzeug gebogen. Die Segmente 4, 104 werden dann direkt in den Nabenkörper 1, 101 eingestoßen, also unter Druck eingesteckt. Die Parameter für das Einstoßen, insbesondere Druck und gegebenenfalls Temperatur, werden dabei so gewählt, daß keine unauflösliche Preßverbindung entsteht. Wahlweise kann noch nach dem Einstoßen der Segmente 4, 104 die Bohrung des Nabenkörpers 1,101 bearbeitet werden.

Claims (17)

  1. Steckkommutator mit einem aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Nabenkörper (1; 101), der über seinen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete, gleich ausgebildete Nuten (2; 102) aufweist, in welche je eines von die Bürstenlauffläche bildenden, gleich ausgebildeten Segmenten (4; 104) unter Bildung einer in radialer Richtung formschlüssigen Verbindung eingesteckt und durch eine Klemmkraft, die auf einem Übermaß (x) der Segmente (4; 104) und/oder der der Anlage der Segmente (4; 104) dienenden Materialpartien des Nabenkörpers (1; 101) beruht, gegen eine Verschiebung relativ zum Nabenkörper (1; 101) gesichert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Übermaß (x) nur im Bereich der beiden Endabschnitte der Segmente (4; 104) und/oder der Nuten (2; 102) vorgesehen ist.
  2. Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nabenkörper (1;101) in derjenigen Zone (18), welche den beim Einstecken voreilenden Endabschnitt der Segmente (4; 104) aufnimmt, und die Segmente (4; 104) in dem beim Einstecken nacheilenden Endabschnitt Übermaße aufweisen.
  3. Kommutator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstrekkung der das Übermaß aufweisenden Zone (18) des Nabenkörpers (1;101) in axialer Richtung größer ist als die entsprechende Erstreckung der das Übermaß aufweisenden Zone (21) der Segmente (4; 104).
  4. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zwischen den beiden Endabschnitten liegenden Mittelabschnitt sowohl der Segmente (4; 104) als auch der Nuten (2; 102) zwischen den sich in radialer Richtung überdeckenden Flächenbereichen der Segmente (4; 104) und des Nabenkörpers (1;101) ein Zwischenraum (17, 20, 22) vorhanden ist.
  5. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (4; 104) zwischen ihrem die Bürstenlauffläche bildenden Kopfteil (5) und einem Fußteil (9; 109) einen sich vom Kopfteil (5) zum Fußteil (9; 109) keilartig verbreiternden Mittelteil (8; 108) aufweisen, der zwischen den Flanken der zugeordneten Nut (2; 102) eingeklemmt ist.
  6. Kommutator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in seiner Umfangsrichtung gemessene Breite des Kopfteils (5) der Segmente (4; 104) größer ist als die entsprechende Breite des Mittelteils (8; 108) an dem sich an den Kopfteil (5) anschließenden Ende, und daß die Segmente (4; 104) am Übergang vom Mittelteil (8; 108) zum Kopfteil (5) auf beiden Seiten je eine Schulter (7) aufweisen, welche die unmittelbar benachbarten, die Nut (2; 102) seitlich begrenzenden Stege (14; 114) des Nabenkörpers (1;101) übergreifen.
  7. Kommutator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schultern (7) jedes Segmentes (4; 104) weniger als die Hälfte der ihnen zugewandten Endfläche (15) der unmittelbar benachbarten Stege (14; 114) übergreifen.
  8. Kommutator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen den Kopfteile (5) benachbarter Segmente (4; 104) frei von Materialpartien des Nabenkörpers (1;101) ist.
  9. Kommutator nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußteil (9) jedes Segmentes (4) im Anschluß an das breitere Ende des Mittelteils (8) in einem ersten Abschnitt (11) eine reduzierte Breite unter Bildung je einer Schulter (13) im Bereich beider Flanken und in einem sich an den ersten Abschnitt (11) an schließenden zweiten Abschnitt (12) eine gegenüber ersterem größere Breite unter Bildung je einer Schulter (13) im Bereich beider Flanken aufweist.
  10. Kommutator nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil (8; 108) der Segmente (4; 104) vollflächig an den Flanken der ihn aufnehmenden Nut (2; 102) anliegt.
  11. Kommutator nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die am Übergang vom Mittelteil (8; 108) zum Kopfteil (5) gebildeten Schultern (7) der Segmente (4; 104) in derjenigen Zone (18) des Nabenkörpers (1;101), welche das Übermaß aufweist, mit Druck an den Endflächen (15) der Stege (14; 114) anliegen.
  12. Kommutator nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kopfteil (5) abgewandte Endfläche (9') des Fußteils (9) in der das Übermaß aufweisenden Zone (21) der Segmente (4; 104) mit Druck am Grund der das Segment (4; 104) aufnehmenden Nut (2; 102) anliegt.
  13. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen rampenförmigen Übergang von der Zone ohne Übermaß zu der Zone (18, 21) mit Übermaß sowohl bei den Segmenten (4; 104) als auch beim Nabenkörper (1;101).
  14. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch Segmente (104) mit wenigstens zwei Paaren von Anlageflächen (108', 113), insbesondere mit unterschiedlichen Winkeln (α, β) zwischen den Paaren.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Steckkommutators nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem in an einem aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Nabenkörper (1; 101) vorgesehene, über dessen Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete, gleich ausgebildete Nuten (2; 102) je eines von die Bürstenlauffläche bildenden, gleich ausgebildeten Segmenten (4; 104) eingesteckt wird unter Bildung einer in radialer Richtung formschlüssigen Verbindung und unter Aufbau einer Klemmkraft, die auf einem Übermaß der Segmente und/oder der der Anlage der Segmente (4; 104) dienenden Materialpartie des Nabenkörpers (1; 101 ) beruht, das nur im Bereich der beiden Endabschnitte der Segmente und/oder der Nuten vorgesehen ist wobei die Segmente (4; 104) allein durch die Nuten (2; 102) positioniert und durch die Klemmkraft fixiert werden.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende der Segmente (4; 104) zum elektrischen Anschluß vorgesehene Haken (25) nach dem Einstecken gebogen werden.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (4; 104) unter einem solchen Druck und einer solchen Temperatur in die Nuten (2; 102) des Nabenkörpers (1; 101) eingesteckt werden, daß der Nabenkörper (1; 101) und die Segmente (4; 104) wieder voneinander trennbar sind.
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