Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scheibenrohling zur Herstellung von Kommutatorlamellen eines Scheibenkommutators, umfassend einen aus einem Kohlenstoffmaterial gebildeten Kohlenstoffformkörper zur Ausbildung von Laufflächensegmenten der Kommutatorlamellen und eine auf dem Kohlenstoffformkörper angeordnete Kontaktanordnung aus einem Kohlenstoff und ein Kontaktmetall aufweisenden Kontaktmaterial zur Ausbildung von Anschlusssegmenten der Kommutatorlamellen.

Insbesondere zum Einsatz in Kraftstoffpumpen werden für die elektromotorischen Antriebe der Kraftstoffpumpen Scheibenkommutatoren eingesetzt, die aus Kommutatorlamellen zusammengesetzt sind, welche kupferfreie Laufflächensegmente aufweisen. Hiermit soll sichergestellt werden, dass im Betrieb der Kraftstoffpumpen infolge Abriebs der

Kommutatorlamellen keine Kupferpartikel freigesetzt werden können, die ansonsten elektroerosive Vorgänge zwischen den Kohlebürsten und den Kommutatorlamellen der Kraftstoffpumpe auslösen könnten.

Üblicherweise werden die aus Kommutatorlamellen zusammengesetzten Scheibenkommutatoren basierend auf Scheibenrohlingen hergestellt, die

kreisringförmig ausgebildet sind und in einem Formpressverfahren auf Basis einer homogenisierten Mischung von kohlenstoffbasierten Pulvern, wie etwa Graphit oder Koks, und organischen Bindemitteln, beispielsweise Harz oder Polymere, hergestellt werden. Vor der Vereinzelung der Kommutatorlamellen aus dem Scheibenrohling wird auf den Scheibenrohling eine Kontaktschicht aus einem metallischen Material, vorzugsweise Kupfer, aufgebracht, sodass die Kommutatorlamellen nach der Vereinzelung j eweils eine Schicht aus Kohlenstoffmaterial zur Ausbildung des Laufflächensegments und eine darauf angeordnete Schicht des metallischen Kontaktmaterials als Anschlusssegment aufweisen, das eine elektrische Kontaktierung der Laufflächensegmente mit der Wicklung des Elektromotors ermöglicht.

Bei den bekannten Scheibenkommutatoren bzw. den aus den Scheibenrohlingen gebildeten Kommutatorlamellen sind aufgrund des vorstehend beschriebenen Aufbaus der Scheibenrohlinge, bei dem sich das Kontaktmaterial zur Ausbildung der Anschlusssegmente als Kontaktschicht über die gesamte Oberfläche des Kohlenstoffformkörpers erstreckt, an den durch die Vereinzelung gebildeten Schnittkanten bedingt durch den Schneide- bzw. Sägevorgang freigesetzte Kupferpartikel angelagert, die im Betrieb der Kraftstoffpumpe zu einem erhöhten Verschleiß zwischen den Kohlebürsten und den Kommutatorlamellen sowie auch zu einer nachteiligen Beeinflussung von Inhaltsstoffen des Kraftstoffs führen können.

Weiterhin hat es sich gezeigt, dass es bei den bekannten Kommutatorla- mellen, die entsprechend dem eingangs beschriebenen zweiphasigen

Herstellungsverfahren hergestellt sind, bei denen also die Kontaktmaterialschicht nach Herstellung des Scheibenrohlings auf den Scheibenrohling aufgebracht wird, im Betrieb des Scheibenkommutators zu thermisch induzierten mechanischen Spannungen zwischen dem Laufflächenseg- ment und der Kontaktschicht kommt, die zu Delaminationen zwischen dem Laufflächensegment und der Kontaktschicht und damit zu einem Versagen der Kraftstoffpumpe führen können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Scheibenrohling vorzuschlagen, der die Herstellung betriebssicherer Kommutator- lamellen ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist der erfindungsgemäße Scheibenrohling die Merkmale des Anspruchs 1 auf.

Der erfindungsgemäße Scheibenrohling weist auf dem aus dem Kohlenstoffmaterial gebildeten Kohlenstoffformkörper eine Kontaktanordnung aus voneinander durch Übergangsbereiche beabstandeten Kontaktkörpern auf, die als Kontaktmaterial-Formkörper ausgebildet und in einem

Formpressverfahren mit dem Kohlenstoffformkörper verbunden sind, derart, dass der Scheibenrohling als Mehrschichtkörper ausgebildet ist, wobei der Kohlenstoffformkörper eine kontinuierliche erste Schicht und die Kontaktanordnung eine durch die Übergangsbereiche unterbrochene zweite Schicht ausbildet, derart, dass die Übergangsbereiche kein Kontaktmaterial aufweisen.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Scheibenrohling ermöglicht einerseits aufgrund seiner Ausbildung als in einem Formpressverfahren hergestell- ter Mehrschichtkörper die Ausbildung eines Verbunds zwischen der

Kontaktanordnung und dem Kohlenstoffformkörper gleichzeitig mit der Herstellung des Kohlenstoffformkörpers und der Kontaktanordnung. Zum anderen ist aufgrund der Ausgestaltung der Kontaktanordnung aus voneinander beabstandeten Kontaktkörpern eine dem Formpressverfahren nachfolgende Vereinzelung von Kommutatorlamellen aus dem Scheibenrohling durch einen Trennschnitt in einem zwischen den Kontaktkörpern ausgebildeten kontaktmaterialfreien Bereich des Scheibenrohlings möglich, sodass durch den Trennschnitt kein im Kontaktmaterial enthaltenes Kontaktmetall freigelegt und als freie Partikel an der Schnittkante vorliegen kann. Vorzugsweise bilden die Übergangsbereiche zwischen den Kontaktkörpern Zwischenräume aus, oder die Übergangsbereiche weisen zwischen den Kontaktkörpern ein Trennmaterial auf.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Scheibenrohlings weist dieser zwischen dem Kohlenstoffformkörper und den Kontaktkörpern eine Übergangszone auf, die sowohl das Kohlenstoffmaterial des Kohlenstoffformkörpers als auch das Kontaktmaterial der Kontaktkörper aufweist, sodass ein besonders sicherer mechanischer Verbund zwischen dem Kohlenstoffformkörper und den Kontaktkörpern mit einem aufgrund der Materialdurchmischung in der Übergangszone kontinuierlich ausgebildeten Übergang von dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Kohlenstoffmaterials zum hiervon abweichenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Kontaktmaterials ermöglicht wird und so dem Entstehen von Spannungen, die zu Delaminationen führen können, besonders wirkungsvoll entgegengewirkt wird.

Wenn die Kontaktkörper als Mehrschichtkörper aus zumindest zwei Kontaktschichten, umfassend eine innere Kontaktschicht zur Ausbildung einer Kontaktkörperbasis und eine auf der inneren Kontaktschicht angeordnete äußere Kontaktschicht zur Ausbildung eines Kontaktkörperober- teils, ausgebildet sind, kann sowohl eine weitergehende Differenzierung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Kontaktkörper selbst als auch eine vorteilhaft im Kontaktkörperoberteil maximierte elektrische Leitfähigkeit für eine besonders sichere Kontaktierung zwischen den Kommutatorlamellen und einer Wicklung des Elektromotors erfolgen. Vorzugsweise weist dabei das Kontaktmaterial des Kontaktkörperoberteils einen höheren Masseanteil eines Kontaktmetalls auf als das Kontaktmaterial der Kontaktkörperbasis.

Um eine besonders hohe Betriebssicherheit der aus dem Scheibenrohling gebildeten Kommutatorlamellen zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn das Kontaktmaterial der Kontaktkörperbasis einen höheren Masseanteil an Kohlenstoff aufweist als das Kontaktmaterial des Kontaktkörperoberteils.

Vorzugsweise weist das Kontaktmaterial als Kontaktmetall Kupfer oder eine Kupferlegierung oder Silber oder eine Silberlegierung auf. Insbesondere im Hinblick auf eine erhöhte Kontaktsicherheit zwischen den Kontaktkörperoberteilen der aus dem Scheibenrohling hergestellten Kommutatorlamellen und der Wicklung des Motors ist es vorteilhaft, wenn das Kontaktmaterial des Kontaktkörperoberteils und das Kontaktmaterial der Kontaktkörperbasis unterschiedliche Kontaktmetalle aufwei- sen.

Die erfindungsgemäße Kommutatorlamelle weist die Merkmale des Anspruchs 9 auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kontaktkörper in

Laufrichtung des Scheibenkommutators eine kleinere Erstreckung auf als das Laufflächensegment, derart, dass quer zur Laufrichtung verlaufende Körperkanten der Kontaktkörper gegenüber Schnittkanten des Laufflächensegments zurückversetzt sind, und das Laufflächensegment einen den Kontaktkörper überragenden Laufflächenüberstand aufweist.

Der erfindungsgemäße Scheibenkommutator weist entsprechend An- spruch 1 1 eine auf einem Trägerkörper angeordnete Kreisringanordnung der Kommutatorlamellen auf.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen des Scheibenrohlings anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 einen Scheibenkommutator mit einer Mehrzahl von auf einem Trägerkörper angeordneten Kommutatorlamellen in isometrischer Darstellung; Fig. 2 einen Scheibenrohling zur Herstellung der in Fig. 1 dargestellten Kommutatorlamellen in Unteransicht;

Fig. 3 den in Fig. 2 dargestellten Scheibenrohling in einer

Querschnittsdarstellung;

Fig. 4 eine aus dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Scheibenrohling vereinzelte Kommutatorlamelle;

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines Scheibenrohlings in einer Unteransicht;

Fig. 6 den in Fig. 5 dargestellten Scheibenrohling in Querschnittsdarstellung;

Fig. 7 eine aus dem in den Fig. 5 und 6 dargestellten Scheibenrohling vereinzelte Kommutatorlamelle.

Fig. 1 zeigt einen Scheibenkommutator 10 mit einem aus nicht leitendem Kunststoff ausgebildeten Trägerkörper 1 1 , der im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels acht Kommutatorlamellen 12 aufweist, die j eweils so am Trägerkörper 1 1 angeordnet sind, dass Laufflächensegmente 13 der Kommutatorlamellen 12 mit ihren Kontaktflächen 14 in einer gemeinsamen Kontaktebene 15 des Scheibenkommutators 10 angeordnet sind und in dieser Kontaktebene 1 5 mit hier nicht dargestellten Kohlebürsten kontaktiert werden können.

Wie aus Fig. 4, die eine Kommutatorlamelle in Unteransicht zeigt, ersichtlich, weisen die Kommutatorlamellen 12 auf einer Unterseite des Laufflächensegments 13 j eweils einen Kontaktkörper 16 auf, der ein Anschlusssegment der Kommutatorlamelle 12 ausbildet und mit in Fig. 1 dargestellten hakenförmig ausgebildeten Außenkontakten 17 kontaktiert ist, die zur Kontaktierung bzw. Aufnahme einer Wicklung eines Elektromotors dienen. In den Fig. 2 und 3 ist ein Scheibenrohling 1 8 dargestellt, der zur Herstellung der in Fig. 1 und 4 dargestellten Kommutatorlamellen 12 durch Vereinzelung der Kommutatorlamellen 12 aus dem Scheibenrohling 1 8 dient. Wie in Fig. 2 durch Trennlinien 19 angedeutet, werden zur Ver- einzelung der Kommutatorlamellen 12 radiale Trennschnitte durch den Scheibenrohling 1 8 ausgeführt, sodass die in den Fig. 1 und 4 dargestellten Schnittkanten 20 an den Kommutatorlamellen 12 ausgebildet werden.

Wie ferner aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Kontaktkörper 16 längs des Umfangs des Scheibenrohlings 1 8 voneinander beabstandet, sodass zwischen den Kontaktkörpern 16 hier Zwischenräume ausbildende

Übergangsbereiche 21 ausgebildet sind, in denen die Dicke des Scheibenrohlings 1 8 (Fig. 3) der Dicke des Querschnitts eines Kohlenstoffkörpers 22 entspricht, sodass bei einem Trennschnitt längs einer in den Übergangsbereich 21 fallenden Trennlinie 19 eine Schnittfläche 23 der Querschnittsfläche des Kohlenstoffkörpers 22 entspricht. Die Kontaktkörper 16 bleiben bei dem Trennschnitt unversehrt, sodass keine Partikel eines die Kontaktkörper 16 ausbildenden Kontaktmaterials freigesetzt werden können.

Der in Fig. 3 im Schnitt dargestellte Scheibenrohling 1 8 ist als Mehr- schichtkörper ausgebildet, wobei in der Darstellung gemäß Fig. 3 der Kohlenstoffformkörper 22 die erste Schicht und eine aus den Kontaktkörpern 16 gebildete Kontaktanordnung 24 (Fig. 2) eine zweite Schicht ausbildet. Die Herstellung des Scheibenrohlings 1 8 erfolgt in einem Formpressvorgang, in dem der Kohlenstoffformkörper 22 und die auf dem Kohlenstoffformkörper 22 aus den Kontaktkörpern 16 zusammengesetzt ausgebildete Kontaktanordnung 24 gleichzeitig hergestellt werden. Dies kann beispielsweise so erfolgen, dass das zur Herstellung des Kohlenstoffformkörpers 22 verwendete Kohlenstoffmaterial, bestehend aus einer Mischung von Graphitpulver und einem organischen Bindemit- tel, in eine Form gegeben wird und anschließend eine Vorverdichtung des Kohlenstoffformkörpers 22 erfolgt. Nachfolgend wird das Kontakt- material zur Ausbildung der Kontaktkörper 16 durch eine Formmatrize definiert auf die Oberfläche des vorverdichteten Kohlenstoffformkörpers 22 aufgebracht. Das Kontaktmaterial weist neben einem Kontaktmetall, also beispielsweise Kupfer, einen Anteil an Graphit auf, sodass Graphit nicht nur in dem Kohlenstoffmaterial zur Ausbildung des Kohlenstoffformkörpers 22, sondern auch in dem Kontaktmaterial zur Ausbildung der Kontaktkörper 16 vorhanden ist.

Zur Herstellung der Kontaktkörper hat sich beispielsweise eine Kontaktmaterialzusammensetzung bewährt aus 60 % Kupferpulver, 30 % Graphit und 10 % organisches Bindemittel.

Zur Herstellung des Kohlenstoffformkörpers 22 hat sich eine Kohlenstoffmaterialzusammensetzung als vorteilhaft herausgestellt, die 80 % Kupferpulver, 15 % Graphit und 5 % organisches Bindemittel aufweist.

In den Fig. 5 und 6 ist ein Scheibenrohling 26 dargestellt, der einen, wie insbesondere der Fig. 6 zu entnehmen ist, dreischichtigen Aufbau mit einer ersten, als Kohlenstoffformkörper 27 ausgebildeten Schicht aufweist, die mit einer zweischichtig ausgebildeten Kontaktanordnung 28 versehen ist. Der Kohlenstoffformkörper 27 ist im Fall des vorliegenden Ausführungsbeispiels übereinstimmend ausgebildet mit dem Kohlenstoff- formkörper 22 des Scheibenrohlings 1 8. Die Kontaktanordnung 28 weist eine unmittelbar an den Kohlenstoffformkörper 27 angrenzende Kontaktmaterialschicht 29 und eine darauf aufgebaute obere Kontaktmaterialschicht 30 auf, wobei die Kontaktmaterialschichten 29 und 30 zusammen j eweils Kontaktkörper 3 1 ausbilden. Die Kontaktmaterialschichten 29 und 30 weisen eine unterschiedliche Kontaktmaterialzusammensetzung auf, wobei im vorliegenden Fall die Kontaktmaterialschicht 29 60 % Kupferpulver, 30 % Graphit und 10 % eines organischen Bindemittels aufweist. Die Kontaktmaterialschicht 30 weist eine Zusammensetzung aus 95 % Kupferpulver und 5 % Graphit auf, wobei hier aufgrund des hohen Kupferanteils auf die Zugabe eines Bindemittels verzichtet werden kann.

Übereinstimmend mit dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Scheibenrohling 1 8 ist auch der in den Fig. 5 und 6 dargestellte Scheibenrohling 26 in einem Formpressvorgang hergestellt, bei dem sich zwischen dem

Kohlenstoffmaterial des Kohlenstoffformkörpers 27 und der angrenzenden Kontaktmaterialschicht 29 sowie ebenso zwischen der Kontaktmaterialschicht 29 und der Kontaktmaterialschicht 30 Übergangszonen 32 und 33 ausbilden, in denen eine Durchmischung der j eweils aneinander angrenzenden Schichtmaterialien erfolgt.

Wie insbesondere aus Fig. 5 zu entnehmen, weisen die Kontaktmaterialschichten 29, 30 voneinander abweichende äußere Konturen auf, sodass die Kontaktkörper 3 1 abgestuft ausgebildet sind mit einer durch die Kontaktmaterialschicht 29 gebildeten Kontaktkörperbasis 34 und einem Kontaktkörperoberteil 35 , der im vorliegenden Fall kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Die kegelstumpfförmige Ausgestaltung des Kontaktkörperoberteils 35 ermöglicht eine formschlüssige Anpassung des Kontaktkörpers 3 1 an einen Außenkontakt 17 eines Scheibenkommutators .

Wie insbesondere Fig. 7 zeigt, ermöglicht die in Draufsicht annähernd trapezförmige Ausgestaltung der Kontaktkörperbasis 34 trotz der Einhaltung eines Laufflächenüberstands x zwischen einer Körperkante 39 des Kontaktkörpers 3 1 und einer Schnittkante 36 der Kommutatorlamelle 37, mit dem das Laufflächensegment 38 die Kontaktkörperbasis 34 überragt, eine möglichst großflächige Überdeckung zwischen den Laufflächenseg- menten 38 und dem durch den Kontaktkörper 3 1 ausgebildeten Anschlusssegment. Fig. 4 zeigt entsprechend einen Laufflächenüberstand x zwischen einer Körperkante 40 des Kontaktkörpers 16 und der Schnittkante 20 der Kommutatorlamelle 12.