Die Erfindung betrifft einen Armierungsring für Rotations¬ körper, beispielsweise Kommutatoren, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie die Verwendung der erfindungsgemäßen Armierungsringe für Kommutatoren.

Es sind verschiedene Ausführungen von Kommutatoren bekannt, die mit Glasfaser-Armierungsringen verstärkt sind. Trotz der großen Vorteile dieser Kommutatoren, zum Beispiel das geringe Gewicht und die einfache und maßgenaue Herstellbarkeit der Glasfaserringe und der Kommutatoren, da die Armierungsringe zugleich elektrische Isolatoren sind, haben derartige

Kommutatoren doch eine Schwäche gegenüber den mit Stahlringen armierten Kommutatoren. Diese Schwäche äußert sich bei der Anwendung dieser Kommutatoren für hochwärmebelastete Motoren oder bei Langzeitbetrieb unter hohen Temperatureinflüssen. Auch ist es möglich, daß es aufgrund irgendeines Fehlers zu einer Wärmeüberbelastung kommt. Bei allen Wärmeüberbelastungen kann eine lokale Erweichung des Isolationsrings bzw. Glas- faserrings eintreten. Dies hat zur Folge, daß sich die Kommu¬ tatorsegmente über die Toleranzwerte hinaus verschieben können, wodurch die Lebensdauer derartiger Kommutatoren beträchtlich vermindert ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Armie¬ rungsring zur Verfügung zu stellen, der einer hohen Wäπne- belastung -unterzogen werden kann und gleichzeitig die Vorteile von Glasfaserarmierungsringen beibehält.

Dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Armie¬ rungsring für Rotationskörper, bei dem ein im Querschnitt rechteckförmiger Metallring stirnseitig mit einem im Quer¬ schnitt rechteckformigen Glasfaserring zur einer Einheit ver¬ bunden ist.

Dadurch ist sichergestellt, daß auch bei Temperaturen, bei denen der Glasfaserring erweicht, eine Verschiebung der Kommu¬ tatorsegmente vermieden ist.

Von besonderen Vorteil ist es, wenn der Glasfaserring eine größere radiale Höhe aufweist als der Metallring, und daß der Oberstandsbereich zum Metallring versetzt ist und an einer der beiden oder beiden radialen Oberflächen oder Mantelflächen des Metallrings anliegt.

Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß bei der Her¬ stellung des zusammengesetzten Rings nur ca. jeweils die Hälfte der sonst üblichen radialen Höhe des Glasfaserrings ■und des Stahl- bzw. Metallrings verwendet werden kann. Das ermögr licht, daß sich die Herstellungskosten dieser Ringe nicht wesentlich erhöhen, was der Fall wäre, wenn die beiden Ringe ineinander geschachelt werden müßten.

Ein weiterer Vorteil dieses zusammengesetzten Armierungsrings besteht darin, daß es aufgrund der stirnseitigen Zusammen¬ setzung nicht erforderlich ist, die jeweiligen Durchmesser, auf denen sich die beiden Ringe scherweise decken, mit einer sehr engen Toleranz herzustellen. In dem Fall, in dem der Glasfaserring -und der Stahlring ineinander geschachtelt zu¬ sammengesetzt werden, müssen die Durchmesser-Toleranzen in der Zusammensetzungεstelle nämlich um ein Vielfaches geringer sein als bei den erfindungsgemäßen Armierungsringen.

Eine weitere, der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren ^' zur Herstellung eines Armierungsrings für Rotationskörper, beispielsweise Kommutatoren, anzugeben, der eine hohe Wärmebelastbarkeit, die jeweiligen Vorteile von Metallringen und Glasfaserringen aufweist und gleichzeitig sehr kostengünstig herstellbar ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Herstellung eines Armierungsrings für Rotations¬ körper, beispielsweise Kommutatoren, mit den Verfahrens- schritten:

a) Herstellen eines im radialen Querschnitt rechteckformigen Metallrings, beispielsweise durch Ausstanzen aus einem Blech oder Abschneiden von einem Metallrohr;

b) Herstellen eines im radialen Querschnitt recheckför igen Glaεfaserrings durch Wickeln von Glasfasern unter Zu¬ führung von Kunstharz mit einer größeren radialen Höhe als der Metallring;

c) stirnseitiges Zusammenfügen der Ringe; und

d) Verschieben mindestens eines aus Glasfasern bestehenden Überstandsbereichs axial in Richtung auf den Metallring derart, daß der verschobene Überstandsbereich sowohl an der radialen Oberfläche des Metallrings anliegt als auch noch den übrigen Glasfaserring berührt.

Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn das Verschieben des Überstandsbereichs ein Stanzvorgang ist, bei dem der Metall¬ ring ein Teil des Stanzwerkzeuges ist. Dieser Vorteil kann noch dadurch erhöht werden, wenn der zweite Teil des Stanz¬ werkzeuges eine aus Austanzungen gebildete Kreisnut in den Kommutatorsegmenten ist, da dadurch gleichzeitig mit dem Montieren des Armierungsringes der Überstandsbereich zum Metallring verschoben wird.

Die erfindungsgemäßen Armierungsringe können besonders vor¬ teilhaft für die Armierung der Segmente in einem Kommutator verwendet werden.

Von besonderem Vorteil sind dabei Armierungsringe, bei denen eine oder beide radialen Oberflächen des Metallrings teilweise mit Glasfasermaterial bedeckt sind, wobei besonders vorteil¬ haft diese Glasfaserteile mittels eines Stanzvorgangs ver¬ schoben werden können. Dieser Stanzvorgang kann gesondert in einem Stanzwerkzeug oder direkt im Kommutator selbst durch¬ geführt werden. Im letzteren Fall dient der Metallring als ein Teil des Stanzwerkzeuges, als der zweite Werkzeugteil dient aber die Kreisnut der ausgestanzten Segmente (wie z. B. in

Figur 8 dargestellt) . Nach demselben Prinzip können auch die Armierungsvarianten in Figur 6, 7 und 9 durchgeführt werden, was aber in diesen Abbildungen nicht dargestellt ist.

Die mit Überstandsbereichen versehenen Armierungsringe er¬ öffnen eine sehr einfache Möglichkeit, den Metallringteil mit einer gewünschten Vorspannung zu versehen, wenn der Armie¬ rungsring mit der Glasfaserseite voraus in eine im Kommutator vorhandene Kreisnut eingedrückt wird, welche Kreisnut in axialer Richtung derart abgeschrägt ist, daß der Glasfaserring entweder zur Achse oder zur Rotationsaußenfläche gekippt wird, wodurch der Metallring entweder radial nach innen oder radial nach außen vorgespannt wird.

Die erfindungsgemäße Verwendung der Armierungsringe ermög¬ licht, daß sowohl der Stahlring als auch ein Teil des Glas- faserrings den Tragteil des Armierungsrings bilden, wobei es möglich ist, daß der Überstandsbereich als Isolationsschicht zwischen dem Stahlring und den Kupferkommutatorsegmenten dient.

Die erfindungsgemäß Verwendung der Armierungsringe ermöglicht es, daß die Konstruktionsausführungen der Kommutatorarmierung an die unterschiedlichen Qualitätsanforderungen für Kommuta¬ toren angepaßt werden kann. Der Vorteil der Konstruktionen liegt darin, daß in allen Fällen ein Tragteil des zusammenge¬ setzten Ringes elastisch ausgedehnt und vorgespannt ist, wo¬ durch dem Kommutator die Charakteristik der sogenannten vor¬ gespannten Kommutatoren verliehen wird.

Verglichen mit bekannten Konstruktionen liegt eine weiterer Vorteil darin, daß ein Teil des Raumes zwischen dem Stahlring und den Ankern der Kupfersegmente mit Vergußmasse ausgefüllt ist, mit welcher der gesamte Kommutator vergossen ist. Wenn als Vergußmasse eine hochwärmebeständige Masse verwendet wird,

sind die Kupfersegmente zusätzlich gegen den Stahlring mit einem hochbe-ständigen Material unterstützt.

Zur Verhinderung der Verschiebung der Kommutatorsegmente liegt wenigstens ein Teil der Stahlringhöhe auf der Vergußmassen- schicht auf. Es befindet sich also zwischen diesem Ringteil und dem Anker der Kupfersegmente auch noch eine zusätzlich Isolationsschicht aus einem anderen Material als Glasfasern, die, wenn sie wärmebeständig ist, zusätzlichen Schutz gegen die Verschiebung der Kupfersegmente gibt.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Armierungsringe liegt darin, daß sie auf beiden Ringseiten direkt an die Kupfersegmente angelehnt werden können. Das ermöglicht es, den Ring in die Nuten der Kupfersegmente direkt einschlagen zu können, wobei der Ring in die Segmente eingekeilt wird und die Segmente dadurch in genaue radiale Stellungen ausgerichtet werden.

Ein zusätzlicher Vorteil dieser erfindungsgemäßen Armierungs- ringe besteht auch darin, daß der Stahlring zu den Ankern der Kupfersegmente nur einen derartigen Abstand zu haben braucht, der für eine elektrische Isolation erforderlich ist. Dadurch wird zwischen dem Stahlring und den Ankern der Kupfersegmente eine dünne Preßmassenschicht erhalten. Zugleich ist aber der Raum bzw. die Kreisnut zum Einsetzen des Stahlrings optimal ausgenützt und es ist möglich, Stahlringe mit verhältnismäßig großen radialen Höhen zu verwenden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen sowie den Abbildungen, auf die Bezug genommen wird. Es zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt durch einen Glasfaserring vor dem Zusammensetzen mit einem Stahlring;

Figur 2 eine Draufsicht des Glasfaserrings von Figur 1;

Figur 3 einen Teilquerschnitt einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Figur 4 einen Teilquerschnitt einer zweiten erfindungsge¬ mäßen Ausführungsform;

Figur 5 einen Teilquerschnitt einer dritten erfindungsge¬ mäßen Ausführungsform;

Figur 6 einen Teilquerschnitt durch einen Kommutator mit einem Armierungsring gemäß der ersten Ausführungs- form;

Figur 7 einen Teilquerschnitt durch einen Kommutator mit einem Armierungsring gemäß der zweiten Ausführungs¬ form;

Figur 8 einen Teilquerschnitt durch einen Kommutator mit einem Armierungsring gemäß der dritten Ausführungs- form; und

Figur 9 einen Teilquerschnitt durch einen Kommutator mit einem Armierungsring gemäß der zweiten Ausführungs- form, aber mit einer vierten Ausführungsformart.

In den Figuren 1 und 2 ist in unterschiedlichen Ansichten ein Glasfaserring bzw. Isolierring 14 dargestellt, bevor er mit einem Metall- oder Stahlring 12 zu einem Armierungsring 10 zusammengesetzt wird.

In den Figuren 3 bis 5 sind jeweils im Querschnitt verschie¬ dene Ausführungsformen eines Armierungsringes 10, 10' und 10" ' dargestellt. Der in Figur 3 dargestellte Armierungsring 10 be-

steht aus dem Metallring 12 mit rechteckigem Querschnitt und dem Glasfaserring 14, ebenfalls mit rechteckigem Querschnitt, wobei die radiale Höhe des Glasfaserrings 14 größer ist als die radiale Höhe des Stahlrings 12. Bei diesem Ausführungs¬ beispiel weist der Isolierring 14 den gleichen oder einen kleineren Innenradius als der Metallring 12 auf, und ein radialer Überstand 16 ist vorhanden, der mittels eines Stanz- Vorgangs axial derart in Richtung des Metallrings 12 versetzt ist, daß ein Teil der radialen Außenoberfläche des Stahlrings 12 mit diesem Überstand 16 bedeckt ist, dieser Überstand 16 aber noch einen Bereich des Glasfaserrings 14 berührt.

Der in Figur 4 dargestellt Armierungsring 10' unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Figur 3 darin, daß ein Überlappungsbereich 18 an der zur Achse weisenden Oberfläche eines Stahlrings 12 ' anliegt und zusätzlich ein Glasfaserring 14' einen gleichen oder größeren Außendurchmesser aufweist als ein Metallring 12 ' .

Bei dem in Figur 5 dargestellten Armierungsrings 10 ' ' sind beide radialen Oberflächen eines Stahlrings 12 ' ' teilweise mit Überstandsbereichen 20 eines Glasfaserrings 14 ' ' bedeckt. Da¬ durch weist der Glasfaserring 14 ' ' einen Absatz auf, der dem Stahlring 12 ' ' gegenüber liegt, die gleiche radiale Höhe hat und mit dem Stahlring 12** fluchtet.

Figur 6 zeigt die Verwendung des Armierungsrings 10 gemäß Figur 3 in einem Kommutator 22, der an seiner Außenfläche mit Segmenten 24 versehen ist, die in Preßstoff 26 eingebettet sind. Der Kommutator 22 weist zudem eine Kreisnut 28 auf, die im wesentlichen durch Aussparungen in den Segmenten 24 und deren kreisringförmiger Anordnung gebildet ist. Diese Kreisnut 28 ist konzentrisch zum Außenumfang des Kommutators 22 ange¬ ordnet.

Wie bereits erwähnt, liegt das Charakteristiku des Armie¬ rungsrings 10 darin, daß sich beide Ringe 12, 14 stirnseitig berühren, bzw. daß der Glasfaserring-Tragteil zum Stahlring 12 verlängert wird, wobei die Außenschicht des Glasfaserrings 14 schwerweise verschoben ist und den Außenmantel des Stahlrings 12 umklammert und damit die beiden Ringe 12, 14 verbindet. Der so geformte Armierungsring 10 besteht daher aus drei Teilen, von denen ein Teil der Stahlring 12, der zweite Teil der Trag¬ teil des Glaεfaserrings 14 und der dritte Teil der Überstands- bereich 16 ist, der als Isolationsbelag des Stahlrings 12 dient und gleichzeitig den Stahlring 12 mit dem Glasfaserring 14 verbindet.

Die Kommutatorarmierung bei diesem Verwendungsbeispiel ist so ausgeführt, daß der Tragteil des Glasfaserrings 14 elastisch auf die Anker der beispielsweise aus Kupfer bestehenden Seg¬ mente 24 aufgezogen wird. Die aus der elastischen Ausdehnung dieses Teils ^* resultierende Kraft bewirkt eine Kraftkomponente auf die Segmente 24 in Richtung der Achse des Kommutators 22. Dadurch drücken die Segmente auf den durch den Überstandbe¬ reich 16 gebildeten Isolationsmantel des Stahlrings 12, der dadurch zusammengedrückt und fest eingespannt wird. Der Stahl- ring 12 ist dadurch druckbelastet, wohingegen der Tragteil des Glasfaserrings 14 ausgedehnt und zugbelastet ist.

Bei dem in Figur 7 dargestellten zweiten Verwendungsbeispiel des Armierungsrings 10' werden die mit dem Verwendungsbeispiel gemäß Figur 6 gleichen Teile mit gleichen Bezugsziffern, zur leichteren Unterscheidung aber mit einem ' , versehen.

Bei diesem Verwendungsbeispiel weist der Armierungsring 10 ' einen Stahlring 12' mit rechwinkligem Querschnitt auf, wobei die axiale Höhe größer ist als dessen radiale Höhe.

Eine Besonderheit liegt ebenfalls darin, daß sich die beiden Ringe stirnseitig berühren, bzw. daß der Tragteil des Glaε- faserrings 14* in dem Stahlring 12* verlängert ist, wobei die Innenschicht des Glasfaserrings 14 ' scherweise verschoben ist und einen Teil der axialen Höhe des Innenmantels des Stahl- rings 14' umklammert.

Die Kommutatorarmierung ist nach diesem Verwendungsbeispiel so ausgeführt, daß der ursprüngliche Tragteil des Glasfaserringε 14' mit dem Außenumfang über den Konus in der Kreisnut 28' auf die Segmente 24' des Kommutators 22' in radialer Richtung nach innen gedrückt ist. Der Stahlring 12' ist aber mittels Defor¬ mation der Anker der Segmente 24' radial nach außen gedehnt und dadurch in einem vorgespannten Zuεtand und fest gegen Ver¬ schiebung eingespannt.

Die axiale Höhe des Stahlrings 12 ' ist größer alε die Höhe der durch den Überstandsbereich 18 gebildeten Isolationsschicht, so daß der Zwischenraum zwischen dem Innenmantelteil des Stahlringε 12 ' und den Ankern der Segmente 24 ' mit einer wärmebeständigen Vergußmasse ausgefüllt ist, wodurch eine Ab¬ lösen der Segmente 24' des Kommutators 22' bei hohen Tempe¬ raturen zusätzlich verhindert wird.

Bei dem in Figur 8 gezeigten Verwendungsbeispiel für den Ar¬ mierungsring 10 ' ' in einem Kommutator 22 ' werden wieder gleiche Bezugsziffern, allerdings mit ' ' versehen, verwendet.

Der für dieses Verwendungsbeispiel zusammengesetzte Armie¬ rungsring 10'' besteht aus einem Stahlring 12'' rechtwinkligen Querschnitts, wobei die axiale Ringhöhe größer als die radiale Höhe des Stahlringε 12 * ' iεt.

Auch hier liegt wiederum die Besonderheit darin, daß sich die beiden Ringe 12'' und 14' ' stirnseitig berühren bzw., daß der Tragteil des Glasfaserringε 14'' in dem Stahlring 12' ^• ver¬ längert wird, wobei die Innen- und Außenεchicht bzw. Über- standsbereiche 20 des Glasf serringε 14' ' scherweise in Rich¬ tung des Stahlrings 12' ' verschoben sind und einen Teil der axialen Höhe des Innen- und Außenmantels des Stahlrings 12 ' ' umklammern.

Die Kommutatorarmierung nach diesem Verwendungsbeispiel ist so ausgeführt, daß der so geformte und zusammengesetzte Armie¬ rungsring 10' ' in in einer Kreisnut 28'* ausgebildete Aus¬ schnitte der Segmente 24 ' * eingeschlagen ist und mittels der Deformation der Anker der Segmente 24'* in Richtung nach außen zusätzlich befestigt wird.

Alle drei der oben beschriebenen Verwendungsbeiεpiele εind für die Kommutatorausführungen vorgesehen, bei denen der Zwischen¬ raum zwiεchen den Segmenten 24, 24* und 24' ' mit Vergußmasse bzw. Preßstoff 26, 26' und 26*' ausgefüllt ist, alεo für Aus¬ führungen, die keine Isolationslamellen zwischen den Segmenten 24, 24' -und 24'' haben.

Die Gemeinsamkeit und der Vorteil der Anwendung der Armie¬ rungsringe nach diesen Ausführungen liegt darin, daß durch die Armierungsringe die Kommutatorsegmente untereinander zur genau definierten Distanz und am genau definierten Durchmesser schon vor dem Verguß mit der Preßstoffmasse verbunden werden.

Ein weiterer aus dieser Art der Verbindung der Kommutatorseg¬ mente folgende Vorteil liegt darin, daß während des Verguß- prozesseε der Kommutatoren keine zuεätzliche Werkzeughilfs- teile verwendet werden müssen, um die Kommutatorsegmente bis zum Verguß zusammenzuhalten.

In der Figur 9 ist ein Verwendungsbeispiel dargestellt, bei dem die Segmente 24 ' ' ' eines Kommutators 22 ' ' ' abwechselnd mit Isolationszwiεchenlamellen zusammengesetzt sind. Auch hier werden wieder die gleichen Bezugsziffern verwendet, allerdings mit ' ' ' versehen.

Der für dieses Verwendungsbeiεpiel eingeεetzte Armierungsring entspricht dem in der Figur 4 gezeigten Armierungsring 10 ' . Dieser Armierungsring 10' besteht aus dem Stahlring 12* recht¬ winkligen Querschnitts, wobei die axiale Ringhöhe größer als die radiale Dicke des Rings ist.

Die Besonderheit bei diesem Verwendungsbeispiel liegt darin, daß sich die beiden Ringe εtirnseitig berühren, bzw. daß der Tragteil des Glaεfaεerringε 14' den Stahlring 12' verlängert wird, wobei die Innenschicht des Glasfaserrings 14 ' scherweise verschoben ist und einen Teil der axialen Höhe des Innen¬ mantels des Stahlrings 12' umklammert.

Diese Kommutatorarmierung ist für Kommutatoren vorgesehen, die aus Kupfersegmenten und Isolationszwischenlamellen zusammge- εetzt sind. Bei dieser Armierungsart sind alle drei Teile des zusammengesetzten Armierungsrings 10 ' mittels Deformation der Ankerelemente der Segmente 24'* ' in radialer Richtung nach außen gedehnt. In diesem Fall sind die Isolationslamellen zwischen den Ankern der Segmente 24* * ^■ verlängert und dienen der Verhinderung, daß der Armierungsring 10' in die Anfangs- εtellung zurückkehrt, wobei sowohl der Stahlring 12' als auch der Glasfaserring 14' radial nach außen vorgespannt ist.