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Title:
METHOD OF PRODUCING A FLAT COMMUTATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1997/003486
Kind Code:
A1
Abstract:
In order to produce a flat commutator, a metal support member, forming segment carrier parts (3), is provided with a hub (4) made from pressed material, forming a complete cover for the cylindrical delimiting surface of a central bore (7) in the support member. An annular disc of carbon is connected to the segment carrier parts (3) such that it is electrically conductive and mechanically rigid. The annular disc is then divided into segments (11) according to the segmentation of the support member. Before the hub (4) is integrally formed in the region forming the abutment surface (9) for the annular disc on the side remote from the abutment side, the support member is provided with identical grooves (3') which extend radially from the edge (8) of the central bore to the outer edge and are mutually offset in each case by the angle defined by the segmentation. Furthermore, before the annular disc is connected to the segment carrier parts (3), the thickness of the support member in the region forming the abutment surface (9) for the annular disc is reduced from the abutment side until all the segment carrier parts (3) are completely separated from one another electrically by the grooves and the moulding compound (13) filling the grooves (3') in the abutment surface (9) is exposed.

Inventors:
K�nig, Eckhard
Application Number:
PCT/EP1996/002706
Publication Date:
January 30, 1997
Filing Date:
June 21, 1996
Export Citation:
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Assignee:
KAUTT & BUX COMMUTATOR GMBH K�NIG, Eckhard.
International Classes:
H01R39/06; H01R43/06; (IPC1-7): H01R43/06; H01R39/04; H01R39/06
Foreign References:
US4358319A
US5157299A
US4283841A
US5245240A
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Claims:
P a t e n t a n s p r ü c h e
1. : Verfahren zur Herstellung eine Plankommutators, bei dem ein metalli¬ scher, Segmenttragteile bildender Trägerkörper mit einer aus Preßstoff geformten Nabe unter Bildung einer vollständigen Abdeckung der zylin¬ drischen Begrenzungsfläche einer zentralen Bohrung des Trägerkörpers versehen, mit den Segmenttragteilen elektrisch leitend und mechanisch fest eine Ringscheibe aus Kohlenstoff verbunden und danach die Ring¬ scheibe entsprechend der Segmentierung des Trägerkörpers in Segmente geteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß a) der Trägerkörper vor dem Anformen der Nabe (4) in dem die An¬ lagefläche (9) für die Ringscheibe bildenden Bereich auf der der Anlageseite abgekehrten Seite mit sich in radialer Richtung vom Rand (8) der zentralen Bohrung bis zum äußeren Rand erstrecken¬ den, um jeweils den durch die Segmentierung definierten Winkel gegeneinander versetzten, gleich ausgebildeten Nuten (3') versehen wird, die zu der der Anlageseite abgekehrten Seite hin offen sind, eine Tiefe haben, die kleiner ist als die Dicke des Trägerkörpers, und eine Breite aufweisen, die größer ist als die durch die Teilung der Ringscheibe in die Segmente (1 1 ) vorhandenen Luftspalte (12), b) vor dem Verbinden der Ringscheibe mit den Segmenttragteilen (3) der Trägerkörper in dem die Anlagefläche (9) für die Ringscheibe bildenden Bereich von der Anlageseite her in seiner Dicke so weit reduziert wird, bis alle Segmenttragteile (3) vollständig durch die Nuten elektrisch voneinander getrennt sind und die die Nuten (3') füllende Preßmasse (1 3) in der Anlagefläche (9) freiliegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Dickenre¬ duzierung durch Abdrehen erfolgt und dabei aus der die Begrenzungs fläche (8) der zentralen Bohrung bedeckenden Materialpartie der Preßmas¬ se eine über die Anlagefläche (9) überstehende Zentrierbuchse (10) für die Ringscheibe geformt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Segmenttragteilen (3) zu verbindende Fläche der Ringscheibe mit Silber bedampft oder zunächst mit Kupfer bedampft und dann mit einer Silberschicht (1 5) überzogen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Trennen der Segmenttragteile (3) deren Anlagefläche (9) für die Ringscheibe mit einer dünnen Schicht aus einem gegen Methanol unempfindlichen Material, vorzugsweise Silber, überzogen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe mittels Silberlot auf die Segmenttragteile (3) aufgelö¬ tet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß, ausgehend von einer ausgestanzten Platine mit die Segmenttragteile (3) radial nach außen verlängernden, voneinander getrennten Zungen (1 ), an deren freies Ende sich je ein Hakenelement (5) anschließt, diese Zun¬ gen (1 ) zu Wandelementen einer zylindrischen Buchse geformt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die nach innen weisende Seite der Wandelemente wenigstens je ein nach innen abstehendes Verankerungselement (6) angeformt wird.
8. Motor mit einem durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellten Kommutator.
Description:
B e s c h r e i b u n

Verfahren zur Herstellung eines Plankommutators

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Plankommutators, das die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruches 1 aufweist.

Wenn ein Kommutator in einer für Kupfer aggressiven Umgebung, beispiels¬ weise in methanolhaltigem Treibstoff für Kraftfahrzeuge, verwendet wird, ist es üblich, als Material für die Kommutatorsegmente Kohlenstoff vorzusehen. Diese Kohlenstoffsegmente müssen jedoch von Segmenttragteilen aus Kupfer getragen werden, um ohne Schwierigkeiten die Wicklungsenden der Rotorwicklung mit den Segmenten verbinden zu können.

Es ist zwar ein Verfahren zur Herstellung eines Kohle-Plankommutators bekannt (DE 40 28 420 A1 ), das einen Kommutator ergibt, bei dem alle Bereiche des aus Kupfer bestehenden Trägerkörpers mit Ausnahme der Anschlußhaken vollständig von den Kohlesegmenten und der Preßmasse bedeckt sind. Deshalb genügt dieser Kommutator höchsten Ansprüchen. Seine Herstellung ist jedoch relativ teuer.

Wesentlich kostengünstiger ist ein bekanntes Verfahren der eingangs genannten Art (US 5,255,426), bei dem nach dem Anformen der Nabe an den Trägerkör¬ per die aus Kohlestoff bestehende Ringscheibe auf die Segmenttragteile aufgelö¬ tet wird und dann sowohl die Ringscheibe als auch der Trägerkörper durch Trennschnitte segmentiert wird. Nachteilig ist bei diesem Kommutator jedoch, daß die Schnittflächen des Trägerkörpers, also die die Luftspalte begrenzenden Seitenflächen der aus Kupfer bestehenden Segmenttragteile, frei liegen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Plankommutators der in Rede stehenden Art anzugeben, das einen Kom¬ mutator liefert, der frei von diesem Nachteil ist, und sich dennoch kostengün¬ stig ausführen läßt. Diese Aufgabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 .

Dadurch, daß die Dicke des Trägerkörpers bis zur vollständigen Trennung der Segmenttragteile voneinander reduziert wird, ehe die Ringscheibe mit den Segmenttragteilen verbunden wird, brauchen die Trennschnitte, mittels deren die Ringscheibe segmentiert wird, nur letztere zu durchtrennen. Da außerdem die Materialpartien der Preßmasse, welche die im Trägerkörper vorgesehenen Nuten ausfüllen, eine Breite haben, die größer ist als die bei der Segmentierung der Ringscheibe gebildeten Luftspalte, schließen sich diese Luftspalte an die Preßmasse zwischen den Segmenttragteilen an, so daß letztere durch die Trenn¬ schnitte nicht freigelegt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Dickenreduzierung durch ein Abdrehen. Dabei wird zweckmäßigerweise aus der die Begrenzungsfläche der zentralen Bohrung bedeckenden Materialpartie der Preßmasse eine über die Anlagefläche für die Ringscheibe überstehende Zentrierbuchse für die Ring¬ scheibe geformt, was zu einer Reduzierung der Fertigungskosten beiträgt.

Um die aus Kohlenstoff bestehende Ringscheibe auf die Segmenttragteile auflö¬ ten zu können, ist es notwendig, die der Lotschicht zugewandte Seite der Ringscheibe zu metallisieren. Üblicherweise wird dabei eine dünne Kupfer¬ schicht aufgedampft. Möchte man vermeiden, daß diese dünne Kupferschicht mit einer agressiven Umgebung des Kommutators in Berührung kommt, weil sie im Luftspalt freiliegt, kann man statt der Kupferschicht eine Silberschicht auf¬ dampfen oder ab die Kupferschicht mit einer Silberschicht galvanisch überzie¬ hen. Ebenso kann man die Anlagefläche der Segmenttragteile mit einer dünnen Silberschicht überziehen. Sofern man außerdem noch ein Silberlot verwendet, ist jeglicher Kontakt zwischen der agressiven Umgebung und dem den Träger¬ teil bildenden Kupfer ausgeschlossen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 eine unvollständig dargestellte Draufsicht auf die Mantelfläche des ersten Ausführungsbeispiels in Richtung des Pfeiles X der Fig. 1 ,

Fig. 3 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels mit stark vergrößert dargestellten Metallschichten im Bereich der Verbin¬ dung zwischen den Kohlesegmenten und den Segmenttragtei¬ len,

Fig. 4 eine unvollständig dargestellte Draufsicht auf die Mantelfläche des zweiten Ausführungsbeispiels in Richtung des Pfeiles X,

Fig. 5 eine gegenüber den Fig. 1 bis 4 in verkleinertem Maßstab und nur zur Hälfte dargestellte Draufsicht auf den Tragkörper,

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI - VI der Fig. 5,

Fig. 7 eine im Maßstab der Fig. 5 dargestellte Draufsicht auf die

Stirnseite des Tragkörpers nach dem Entfernen der Stege zwi¬ schen den Segmenttragteilen.

Aus einem Kupferflachband oder dergleichen wird zur Herstellung eines Trag¬ körpers eine Platine ausgestanzt, welche die Form einer Kreisringscheibe hat, von deren äußerem Rand im Abstand voneinander und gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Zungen 1 radial abstehen. Die Zahl der Zungen ist gleich der Anzahl der Segmente des herzustellenden Plankommutators gewählt. In die kreisrunde, zentrale Öffnung der Kreisringscheibe ragen in radialer Richtung eine der Zahl der Zungen 1 entsprechende Zahl von Fingern 2, welche wie die Zungen 1 voneinander getrennt sind und in gleicher Winkella¬ ge wie die Zungen 1 gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind. Je eine der Zungen 1 und einer der Finger 2 ist einem der aus der Kreisringschei¬ be zu bildenden Segmentträgerteile 3 zugeordnet, und zwar derart, daß die Symmetrieebenen der Zunge 1 und des Fingers 2 in der Symmetrieebene des Segmentes 3 liegen.

Bei dem Stanzvorgang werden auf derjenigen Seite der Kreisringscheibe, an die später eine Nabe 4 aus Preßmasse angeformt wird, Nuten 3', im Ausführungs- beispiel durch Fließpressen, eingeprägt, die sich in radialer Richtung vom inneren zum äußeren Rand der Kreisringscheibe erstrecken und bei dem ferti¬ gen Kommutator die Segmenttragteile voneinander trennen. Die Tiefe der Nuten 3' ist so gewählt, daß die den Nutgrund bildenden Stege 3" möglichst

dünn sind, jedoch zunächst die Segmenttragteile 3 noch in der durch die Kreisringscheibe bestimmten Ebene halten.

In einem folgenden Arbeitsgang werden die Zungen 1 unter Bildung von Wandelementen einer zylindrischen Buchse um 90° gegenüber dem mit ihr einstückig ausgebildeten Segmenttragteil 3 abgebogen. Außerdem werden Hakenelemente 5, die zunächst vom freien Ende jeder Zunge 1 mittig in ra¬ dialer Richtung abstehen, in der entgegengesetzten Richtung um mehr als 90° abgebogen, so daß sie, wie Fig. 1 zeigt, beim fertigen Kommutator je einen Haken für den Anschluß der Rotorwicklung bilden.

Die Finger 2 werden ebenfalls um mehr als 90°, jedoch in derselben Richtung wie die Zungen 1 abgebogen zur Bildung von Verankerungselementen. Schlie߬ lich werden noch, wie Fig. 1 ebenfalls zeigt, von der Innenseite jedes abgebo¬ genen Fingers 2 Verankerungselemente 6 abgespalten, das mit der Zunge 1 einen spitzen Winkel einschließt.

Nunmehr wird an diejenige Seite des Trägerkörpers, zu der hin die Nuten 4 offen sind, die aus Preßmasse bestehende Nabe 4 angeformt. Die Nabe 4 weist eine im Ausführungsbeispiel gestufte Nabenbohrung 7 auf, die im Bereich der Segmenttragteile 3 ihren kleinsten Durchmesser hat, der, wie Fig. 1 zeigt, deutlich kleiner ist als der Durchmesser der Begrenzungsfläche 8 der zentralen Öffnung des Trägerkörpers. Die Begrenzungsfläche 8 wird deshalb vollständig von der Preßmasse bedeckt, die die Nabe 4 bildet. Wie Fig. 1 erkennen läßt, erstreckt sich die Nabe 4 in axialer Richtung über die von der Be¬ grenzungsfläche 8 definierte Ringzone hinaus. Fig. 2 zeigt ferner, daß die die Nabe 4 bildende Preßmasse die Nuten zwischen den Segmenttragteilen 3 mit je einer Materialpartie 1 3 vollständig ausfüllt.

Nunmehr wird der Tragkörper auf der der Nabe 4 abgekehrten Seite auf einer Drehmaschine so weit abgedreht, bis die Stege 3" zwischen den Segmenttrag¬ teilen 3 vollständig entfernt und die die Nuten füllende Preßmasse zu der bearbeiteten Fläche 9 hin völlig frei liegt. Bei dieser Bearbeitung wird aus dem in axialer Richtung über den Trägerkörper überstehenden Endabschnitt der Nabe 4 eine Zentrierbuchse 10 gebildet, die über die bearbeitete Fläche 9 in axialer Richtung übersteht und einen Außendurchmesser hat, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der Begrenzungsfläche 8.

Unter Zwischenlage einer Silberlotschicht wird nunmehr eine aus Kohlenstoff gepreßte Ringscheibe, deren Innendurchmesser an den Außendurchmesser der Zentrierbuchse 10 angepaßt ist, auf die bearbeitete Fläche 9 aufgelegt. Zuvor wurde die Ringscheibe 1 1 auf der der Lotschicht zugekehrten Seite metallisiert, und zwar im Ausführungsbeispiel durch Aufdampfen von Kupfer. Nunmehr wird die Ringscheibe 1 1 auf die durch die bearbeitete Fläche 9 gebildeten Anlageflächen der Segmenttragteile 3 aufgelötet.

Danach wird die Ringscheibe durch radiale Schnitte in die Kommutatorsegmen¬ te 1 1 unterteilt. Wie Fig. 2 zeigt, ist die Weite dieser Schnitte, durch welche die Luftspalte 12 zwischen den Kommutatorsegmenten 1 1 gebildet werden, wesentlich geringer als die Breite der Materialpartien 1 3 der Preßmasse, welche die zunächst vorhandenen Nuten des Tragkörpers ausgefüllt haben und dann beim Abdrehen des Tragkörpers freigelegt worden sind. Ferner zeigt Fig. 2, daß die Trennschnitte auf die Mitte der Materialpartien 1 3 ausgerichtet sind und in diese geringfügig eindringen.

Zum Schluß wird die freiliegende Seite der Kommutatorsegmente 1 1 , welche die Bürstenlauffläche 14 bildet, geringfügig abgedreht, um sicherzustellen, daß die Bürstenlauffläche 14 glatt ist und in einer radialen Ebene des Kommutators liegt.

Nachdem der Kommutator auf der Welle eines Motors festgelegt und die Rotorwicklung mit den Hakenelementen 5 mechanisch fest und elektrisch leitend, vorzugsweise durch Verschweißen, verbunden worden ist, wird der Kommutator auf seinem Umfang in einen Kunststoff eingebettet, welcher voll¬ ständig die Außenseite der Zungen 1 und vorzugsweise eine angrenzende Ringzone der Kommutatorsegmente 1 1 sowie die Hakenelemente 5 abdeckt. Die Segmenttragteile 3 einschließlich der Hakenelemente 5 sind deshalb vor dem Zutritt aggressiver Stoffe geschützt, weshalb der Kommutator auch bei¬ spielsweise für den Antriebsmotor einer Treibstoff pumpe verwendet werden kann, bei welcher der Kommutator mit dem Treibstoff in Berührung kommt, auch dieser Methanol enthält.

Sollte es störend sein, daß die seitlichen Ränder der auf die Ringscheibe aufge¬ dampften Kupferschicht in den Luftspalten 12 freiliegen und hier in Berührung mit dem den Kommutator umgebenden Medium kommen können, kann man, wie die Fig. 3 und 4 zeigen, statt Kupfer eine dünne Silberschicht 1 5 auf die Ringscheibe aufdampfen oder die aufgedampfte Kupferschicht mit einer galva¬ nisch aufgebrachten Silberschicht zu überziehen.

Ferner kann vorsorglich die bearbeitete Fläche 9 des Trägerkörpers mit einer Silberschicht 16 bedeckt werden, beispielsweise durch Galvanisieren. Wenn dann außerdem die Lotschicht 1 7 aus einem Silberlot besteht, kann es auch in den Luftspalten 12 nicht mehr zu einem Kontakt des den Kommutator umge¬ benden Mediums mit Kupfer kommen, wie vor allem Fig. 4 deutlich erkennen läßt.

Da das Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 3 und 4 im übrigen sich nicht von dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 unterscheidet, wird auf die zu letzterem gemachten Ausführungen hinsichtlich weiterer Einzelheiten Bezug genommen.