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Verfahren und Vorrichtung zum Zusammenbau von Kommutatoren elektrischer
Maschinen Kommutatoren elektrischer Maschinen bestehen aus- einem auf der Läuferwelle
befestigten Zylinder, dessen Mantel im wesentlichen aus radial angeordneten,- elektrisch
leitenden, konisch ausgebildeten Lamellen, diese vorwiegend aus Kupfer hergestellt
und im folgenden der Einfachheit halber als Kupferlamellen bezeichnet, aufgebaut
ist, welche gegeneinander durch ein Isoliermaterial, beispielsweise Glimmer oder
Kunststoff, isoliert sind. Die Kupferlamellen selber sind dann mit den Läuferwicklungen
beispielsweise über Anschlußfahnen elektrisch leitend verbunden.
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Werden die Kupferlamellen derartiger Kommutatoren ausschließlich mit
Kunstharzen, wobei diese auch mit Füllmaterial gestreckt sein können, gegeneinander
isoliert, so bereitet das Fertigungsverfahren erhebliche Schwierigkeiten. Insbesondere
müssen schon während der Montage die Abstände der Kupferlamellen zueinander sowie
deren Zentrierung mit enger Toleranz eingehalten werden, wozu verschiedene Vorschläge
bekanntgeworden sind.
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Ungenau gearbeitete Kommutatoren verlangen ein erhebliches und teures
Nacharbeiten, das insbesondere bei Kommutatoren, welche beispielsweise mit zwischen
den Kupferlamellen angeordneten Kunststofflamellen ausgebildet sind im Gegensatz
zu Glimmerlamellen, erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Handelt es sich um größere
Kommutatoren, so sind Sicherungselemente radial innerhalb derselben notwendig, z.
B. Ringe, die über Zungen der Kupferlamellen isoliert greifen, um ein Herausschleudern
einzelner Kupferlamellen zu verhindern.
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Nach einem weiteren bekannten Herstellungsverfahren werden die Kupferlamellen
in einer zylindrischen Form aufgestellt und mit Kunststoff umspritzt, wobei sie
durch Hartpapier definiert gehalten werden. Die so benötigten Hartpapierringe stellen
ein zusätzliches Bauelement dar, welches zu vermeiden schon deswegen anzustreben
ist. Handelt es sich um große Kommutatoren, so wird oft die Festigkeit des Hartpapiers,
unter Berücksichtigung dernotwendigen engen Toleranzen, nicht ausreichen, um die
relativ schweren Kupferlamellen sicher zu halten. Außerdem ist Hartpapier hygroskopisch,
d. h., daß aus werkstattbedingten Gründen dessen Feuchtigkeitsaufnahme verschieden
sein kann. Es ergibt sich daraus eine zusätzliche Fehlermöglichkeit, deren Absolutwert
mit der Größe des Kommutators steigt.
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Alle bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Kommutatoren
sind aus den genannten Gründen umständlich, zeitraubend und relativ teuer. Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, ein vereinfachtes Herstellungsverfahren anzugeben.
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Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von
Kommutatoren für elektrische Maschinen, bei welchem elektrisch leitende Lamellen
in einer im wesentlichen aus einer unteren und einer eventuell oben angeordneten
Abdeckplatte sowie einem äußeren und einem inneren zylindrischen Mantel bestehenden
Form zentriert und mit zueinander gleichem Abstand fixiert, also definiert aufgestellt
und mit Isoliermaterial umgeben werden, besteht erfindungsgemäß darin, daß die definierte
Aufstellung der Lamellen in der Form durch an sich bekannte und nach der Herstellung
des Kommutators wieder zu entfernende Fixierschrauben und/oder Distanzstücke und/oder
Zentrierungen erreicht wird.
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Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnung
beschrieben, in welcher die F i g. 1, 2 und 3 Ausführungsbeispiele darstellen.
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In F i g. 1 entspricht die Achsel der der Welle, auf welcher
später der Kommutator angeordnet wird, der in der Form nach F i g. 1 gefertigt worden
ist. In dieser ist auf der unteren Abdeckplatte 2 der innere zylindrische Mantel
3, welcher auch gleichzeitig Teil der Nabe der elektrischen Maschine sein kann,
angeordnet und mit ihr an der Stelle 4 verfugt und durch einen Dichtring 5 abgedichtet.
Bei der Herstellung des Kommutators werden nun die einzelnen Kupferlamellen 6 nebeneinandergeschichtet
und durch untere Distanzstücke 7 und im vorliegenden Fall winkelförmig abgebogenen
oberen Distanzstück 8 gegeneinander fixiert und durch die Zentrierung 9 zur Achse
1 zentriert.
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Um Ungenauigkeiten in radialer Richtung bei der Montage der Kupferlamellen
6 zu verhindern, ist es zweckmäßig, am äußeren Umfang oben des inneren
zylindrischen
Mantels 3 einen Zentrierring 17 anzuordnen. Der äußere zylindrische Mantel
10 wird im vorliegenden Fall durch ein aus elastischem Band bestehendes Material
gebildet, welches unter Vorspannung auf die definiert aufgestellten Kupferlamellen
6, und zwar deren äußeren Umfang, aufgebracht worden ist. Dieses hat den Vorteil,
daß, im Gegensatz zu der Verwendung von äußeren zylindrischen Mänteln 10 aus festem
Material, ein enges Anliegen an den Lamellen ermöglicht wird, wobei eventuelle in
ihnen angeordnete Rillen 11 ebenfalls dicht umschlossen werden können.
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Ein so ausgebildeter zylindrischer Mantel 10 kann durch in ihm angeordnete
Einschnitte die Kommutatorfahnen 12 hindurchtreten lassen und so auch in deren Bereich
ein enges Anliegen ermöglichen. Dasselbe kann auch durch einfaches Ausbeulen des
dann allerdings notwendigerweise besonders elastischen Bandes geschehen. Es kann
aber auch der zylindrische Mantel 10 unterhalb der Kommutatorfahnen 12 enden.
In diesem Falle wird axial ein weiteres Distanzstück 13 zum Schließen des äußeren
zylindrischen Mantels 10 angeordnet. Statt des Distanzstückes 13 ist erfindungsgemäß
auch folgendes Verfahren vorteilhaft: Jeweils zwischen zwei Kommutatorfahnen 12
wird eine elastische Schnur 19 (s. F i g. 3) im gereckten Zustand eingeführt und
danach durch Entspannen zum satten Anliegen an die Kommutatorfahnen 12 gebracht.
Ober- und/oder unterhalb der Fahnen verbleiben dann noch kurze Enden der elastischen
Schnur, welche durch eine Bandage 18 zum ebenfalls satten Anliegen gebracht werden.
Damit wird ein Abdichten in axialer Richtung erreicht.
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Der so vorgefertigte Kommutator kann nunmehr in einfacher Weise mit
Isoliermaterial ausgegossen werden. Dieses wird über den Füllstutzen 14 eingeführt.
Nach dem Aushärten des Isoliermaterials, welches vorwiegend aus einem Epoxydharz
besteht und mit Füllstoff gestreckt werden kann, können sämtliche Einzelteile der
soeben beschriebenen Form vom Kommutator abgenommen werden. Ein Nacharbeiten der
durch die Distanzstücke 7, 8, den Zentrierring 17
und die Zentrierung
9 nicht ausgefüllten Kupferlameilenzwischenräume wird im allgemeinen nicht nötig
sein.
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In jedem Falle ist es jedoch möglich, die genannten Zwischenräume
noch nachträglich mit einem Isoliermaterial auszugießen und ohne spanabhebendes,
also teures Nacharbeiten einen mit Isoliermaterial restlos ausgefüllten Kommutator
zu erhalten. Will man ein besonders kompaktes Isoliermaterial erhalten, so ist in
Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung dieses unter Vakuum zu vergießen. Das
Füllmaterial bzw. der Kunststoff sind, ebenfalls in Weiterbildung des Gegenstandes
der Erfindung, so zu wählen, daß sie gleichen oder größeren Abrieb durch die Bürsten
erfahren als die Kupferlamellen 6. Dadurch wird ein Aus- bzw. Nacharbeiten der Isolierlamellen,
wie es insbesondere bei solchen aus Glimmer notwendig ist, auch später im Betrieb
vermieden.
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Ein derartiger Kommutator kann, da die Zwischenräume zwischen den
Kupferlamellen ausschließlich aus einem Vergußmaterial bestehen und sich dadurch
jeder gewünschten Form leicht und innig anpassen, im Gegensatz zu bekannten Ausführungen
und in Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung, mit planparallelen Kupferlamellen
hergestellt werden. Hierdurch wird eine wesentliche Verbilligung ermöglicht. Man
kann dann die Kupferlamellen in wünschenswerter Weise aus Blechen (Bandmaterial
oder Tafelmaterial) herstellen.
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Zur Aufnahme der Fliehkräfte ist es zweckmäßig, neben der Verwendung
eines vorwiegend als Kleber wirkenden Isoliermaterials die einzelnen zu einem Kommutator
geformten Kupferlamellen an ihrem äußeren Umfang mit einem elektrisch isolierenden
oder isolierten Halteband teilweise zu umgeben. Dieses wird dann zweckmäßigerweise
in Rillen 11 geführt. Als Material für ein derartiges Halteband eignet sich besonders
eine Glasbandage, die zur Erzielung großer Festigkeit noch mit einem Kleber aus
Polyester oder Epoxydharz getränkt ist.
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Ebenso kann der Kommutator in an sich bekannter Weise durch ineinandergreifende
Schwalbenschwänze von der Nabe her gehalten werden. In diesem Fall entfallen jedoch
gegenüber dem herkömmlichen Verfahren bei der Montage die Feinbearbeitung und die
gesonderte Isolation.
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In F i g. 2 ist mit den gleichen Bezugszeichen ein Teilschnitt zu
der F i g. 1 dargestellt.
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In F i g. 3 wird ein anderes Erfindungsbeispiel aufgezeigt. Hierbei
sind, soweit es sich um die gleichen Bauelemente handelt, dieselben Bezugszeichen
wie in den F i g. 1 und 2 verwendet.
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Im Gegensatz zu der Vorrichtung nach der F i g. 1 sind in der nach
der F i g. 3 zur Zentrierung und Fixierung keine Distanzstücke 7, 8 vorgesehen,
jedoch können Zentrierungen 9 bzw. Zentrierringe 17 entsprechend der F i g. 1 angeordnet
werden. Statt der Distanzstücke 7, 8 sind, entsprechend der Anzahl der über den
Umfang verteilten Kupferlamellen, an der unteren Abdeckplatte 2 sowie an der hier
zusätzlich vorgesehenen oberen Abdeckplatte 15 jeweils zwei Fixierschrauben 16 angeordnet,
die die entsprechenden Lamellen definiert halten. Dabei ist es zweckmäßig, in den
Kupferlamellen 6 entsprechende Einsenkungen anzubringen. Man kann auch während der
Montage an Stelle der später zu vergießenden Isolierlamellen Bleche von unter sich
gleicher Stärke zwischen die Kupferlamellen 6 einschichten und sie nach dem Aufsetzen
der oberen Platte 15, also der damit verbundenen eindeutigen Fixierung der Kupferlamellen
6, wieder entfernen.
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Die Erfindung bewirkt also bei der Kommutatorherstellung folgende
Vorteile: Die besonders teure konisch zulaufende Form der Kupferlamellen kann durch
deren planparallele Ausbildung ersetzt werden, wodurch neben der Arbeitszeit auch
Material eingespart wird. Die bis dahin notwendige Verwendung von Hartpapierringen
od. ä. für die Montage und definierte Aufstellung der Kupferlamellen entfällt ebenfalls.
Insgesamt ergibt sich also eine schnellere und billigere Fertigung, wobei die eventuell
notwendige Sicherung gegenüber der Fliehkraftbeanspruchung beispielsweise durch
die Haltebänder gegeben werden kann.