DE3843393A1 - Stirnkollektor fuer eine elektrische maschine - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung betrifft einen Stirnkollektor für eine elektrische Maschine, d.h. einen Kollektor, dessen Nutzfläche eben ist und die Form einer lot­ recht zur Achse der elektrischen Maschine verlaufen­ den Scheibe hat.

In diesem Bereich der Technik sind bereits Kollekto­ ren bekannt, die aus ringförmigen Platinen aus leit­ fähigem Material hergestellt werden, in die radiale Rillen eingeschlagen sind, die die leitfähigen La­ mellen begrenzen, wobei der Boden dieser Rillen im Verhältnis zur Nutzfläche der Platine so vorspringt, daß die Lamellen nach dem Ausgießen und nach Bear­ beitung der diesen Rillen entsprechenden Stege von­ einander getrennt und in einem Isolierkörper veran­ kert sind, der zur Befestigung an einer Rotorwelle mit Hilfe eines in diesem Körper vorgesehenen Me­ tallfutters geeignet ist.

Bei Kollektoren dieser Art besitzt der Innenteil jeder Lamelle im allgemeinen ein besonderes Profil, das dazu bestimmt ist, die Verankerung in dem ausge­ gossenen Isoliermaterial des Körpers, wie z.B. im Harz, sicherzustellen.

Dieser Innenteil der Lamellen soll deren mechanische Festigkeit gewährleisten, indem sie insbesondere den Beanspruchungen durch die Zentrifugalkraft sowie den Vibrationskräften standhalten, aber es besteht immer die Gefahr eines Berstens des Kollektors während des Betriebes und unter Einwirkung der Zentrifugalkraft.

Im übrigen könnte man an die Verwendung einer Anord­ nung denken, wie sie von Trommel-Kollektoren her bekannt ist, d.h. wobei der Nutzteil zylinderförmig ist und wobei in die ringförmigen Nuten, die durch die Hohlräume zwischen den Enden der Körper der leitfähigen Lamellen gebildet werden, zwei isolierte Verstärkungsringe eingesetzt werden, die in das den Kollektorkörper bildende Isoliermaterial eingetaucht sind.

Diese Lösung, die bei dieser Art von Kollektor sehr gute Ergebnisse zeitigt, insbesondere weil dabei ein Bersten des Isolierkörpers selbst vermieden wird, ist jedoch beim Ausgießen der Ringe im Isolierstoff äußerst schwierig anzuwenden. Darüber hinaus ist sie hinsichtlich der Festigkeit der Kollektorlamellen untereinander nicht völlig zufriedenstellend.

Der Kollektor gemäß der Erfindung erlaubt die Aus­ schaltung aller Schwierigkeiten, die sich aus der Verwendung von Verstärkungsringen ergeben.

Er ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärkungs- und Haltering durch Bördelung an der Innenfläche der ringförmigen Platine so angebracht wird, daß eine aus einem Stück bestehende Baugruppe entsteht, die nach dem Ausgießen des Isolierkörpers und der Bear­ beitung der Stege sowie nach Befestigung an der Rotorwelle die Kollektorlamellen bestimmt, die aus einem Stück im genannten Ring verankert werden.

Nach einer anderen Ausführungsart hat der Verstär­ kungsring die Form einer elektrisch isolierten Flachscheibe in einer ringförmigen Nut, die in der Innenfläche der ringförmigen Platine, worin sie ein­ gefalzt wird, vorgesehen ist.

Gemäß einer zweiten Ausführungsmöglichkeit hat der Verstärkungsring die Form einer isolierten Flach­ scheibe, die wenigstens so viele, am Kranz angeord­ nete Löcher aufweist wie der Kollektor leitfähige Lamellen hat, durch welche Verankerungszapfen hin­ durchtreten, die aus einem Stück mit den leitfähigen Lamellen an der Innenfläche der ringförmigen Platine realisiert sind.

Gemäß einer anderen Möglichkeit hat der isolierte Verstärkungs- und Haltering einen sogenannten Dia­ boloquerschnitt, d.h. einen Querschnitt in Form von zwei Dreiecken, die einander mit den Scheitelpunkten gegenüberliegen.

Der Diaboloring ist in einer ringförmigen Nut einge­ bettet, die in der Innenfläche der ringförmigen Pla­ tine vorgesehen ist und deren Tiefe so beschaffen ist, daß ihre Umfangsränder mittels eines Bördelvor­ ganges ganz oder teilweise an den schrägen Seiten des Ringes umgebogen werden können.

In jedem Falle wird die Erfindung verständlicher durch die nachfolgende Beschreibung, worin auf die beigefügten Schemazeichnungen Bezug genommen wird, die in Form von nicht einschränkend zu verstehenden Beispielen mehrere Ausführungsarten dieses Stirnkol­ lektors für elektrische Maschinen darstellen, und zwar:

Fig. 1 ist eine Vorderansicht der Innenfläche der Baugruppe, bestehend aus ringförmiger Platine/Ver­ stärkungsring gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II aus Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht durch die Achse des vollständigen Kollektors mit der Baugruppe gemäß den Fig. 1 und 2.

Fig. 4 ist eine Vorderansicht der Innenfläche der Untergruppe, bestehend aus ringförmiger Platine/Ver­ stärkungsring gemäß einer zweiten Ausführungsart.

Fig. 5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie V-V aus Fig. 4.

Die Fig. 6 und 7 sind jeweils Ansichten entspre­ chend den Fig. 4 und 5 gemäß einer anderen Aus­ führungsart der Erfindung.

Die Fig. 8 bis 10 sind Schnittansichten durch die Achse des vollständigen Kollektors entsprechend drei anderen Ausführungsarten der Erfindung.

Der in den Figuren dargestellte Stirnkollektor ist auf bekannte Weise aus einer ringförmigen Platine aus leitfähigem Material, insbesondere Kupfer, 1 hergestellt, deren Innenfläche 1 a so tiefgezogen wurde, daß in dieser Fläche radiale Rillen 2 a ent­ stehen, die in gleichen Winkeln in Abständen von­ einander angeordnet sind und Kollektorlamellen 2 be­ grenzen und deren Boden Stege 3 (Fig. 2) bilden, die im Verhältnis zur Nutzfläche 1 b der Platine 1 vorstehen.

Entsprechend einer ersten Ausführungsart der Erfin­ dung ist in der Innenfläche 1 a der ringförmigen Platine 1 eine ringförmige Nut 4 angebracht, in der eine isolierte Flachscheibe 5 eingebettet ist.

Die Flachscheibe 5 kann aus einem Kunstfasermaterial oder einem metallischen Material hergestellt sein, jedoch versehen mit einem elektrisch nicht leitfähi­ gen Überzug.

Die Flachscheibe 5 ist ganz allgemein aus Material hergestellt, welches eine ziemlich hohe Zugfestig­ keit besitzt, um die Zentrifugalkräfte aufzunehmen.

Die elektrisch isolierte Flachscheibe 5 greift in eine ringförmige Nut 4 ein, die in der Innenfläche 1 a der ringförmigen Platine 1 vorgesehen ist.

Die Tiefe der Nut 4 ist größer als die Dicke der Flachscheibe 5, so daß die Umfangsränder 4 a und 4 b der genannten Nut dazu geeignet sind, durch Schlag­ einwirkung über die gesamte Länge oder einen Teil der Länge verformt zu werden, so daß sie um die ge­ nannte Scheibe, die sie in einer Monobloc-Einheit 10′ festhalten, umgebogen werden können.

Die Ausführungsart der Monobloc-Untergruppe 10 A, die in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, unterschei­ det sich von der vorgenannten wesentlich dadurch, daß die ringförmige Nut 4 A, in der die elektrisch isolierte Flachscheibe 5 A eingebettet liegt, von zwei koaxial verlaufenden Kränzen 8 und 9 von Zapfen 11 umschlossen ist, die auf der Innenfläche 1 a der ringförmigen Platine 1 vorgesehen sind.

Die Höhe der Zapfen 11 ist größer als die Dicke der Scheibe 5 A.

Die Flachscheibe 5 A kann auch durch einen Schlagvor­ gang am Ende der Zapfen mit der ringförmigen Platine 1 verbunden werden, deren Verformung die Bördelung der genannten Scheibe bewirkt.

Wenigstens ein Zapfen 11 jedes Kranzes 8 bzw. 9 ist an jeder der Kollektorlamellen 2 auf der erwähnten Fläche der ringförmigen Platine 1 vorgesehen.

Die Ausführungsart der Monobloc-Baugruppe 10 B, die in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist, unterschei­ det sich von den vorangegangenen dadurch, daß die elektrisch isolierte Flachscheibe 5 B auf einen Kranz von Zapfen 12 aufgetrieben ist, die an der Innenflä­ che der ringförmigen Platine la vorgesehen sind und die quer durch die entsprechenden Öffnungen 13 im genannten Kranz 5 A hindurch verlaufen.

Wenigstens ein Zapfen 12 ist an jeder der Kollektor­ lamellen 2 vorgesehen.

Die in Fig. 8 dargestellte Ausführungsart unter­ scheidet sich von der der vorangegangenen Figuren wesentlich dadurch, daß der elektrisch isolierte Haltering 5 C einen sogenannten Diaboloquerschnitt aufweist, d.h. einen Querschnitt in der Form von zwei Dreiecken, die einander mit den Scheitelpunkten gegenüberliegen.

Die Nut 4 C, in der der Haltering 5 C eingebettet ist, hat eine Tiefe, die eine Umbiegung seiner Umfangs­ ränder 14 und 15 an den schrägen Seiten in Dreieck­ form des Rings 5 C ermöglicht, so daß eine Monobloc- Baugruppe 10 C entsteht.

Die in der Fig. 9 dargestellte Ausführungsart zeigt eine ringförmige Platine 1, deren Innendurchmesser durch einen Kragen 16 zum Innern des Kollektors hin verlängert ist, woran der Haltering 5 D angebracht wird.

Der Umfangsrand des Kragens 16 wird an der genannten Scheibe durch einen Schlagvorgang in der Weise ver­ formt, daß ein Wulst 16 a zustandekommt, der den Ring 5 D festhält und wodurch eine Monobloc-Baugruppe 10 D entsteht.

Die Fig. 10 zeigt eine andere Ausführungsform des Kollektors gemäß der Erfindung, wobei der Haltering 5 E eine elektrisch isolierte Flachscheibe ist, die in eine zylindrische Aussparung 17 zu liegen kommt, deren Tiefe größer ist als die Dicke der Scheibe 5 E. Die Scheibe 5 E ist in der zylindrischen Aussparung 17 durch eine ringförmige Bördelung angebracht, die einen Wulst 18 bildet.

Um die Verankerung zu vervollständigen, ist der In­ nendurchmesser der Scheibe 5 E kleiner als der Durch­ messer der ringförmigen Platine 1.

Die ringförmige Bördelung kann am gesamten Umfang oder an einem Teil des Umfangs der zylindrischen Aussparung 17 realisiert werden. Sobald die Scheibe 5 E in die Aussparung 17 eingebördelt ist, erhält man eine Baugruppe 10 E. Nach Fertigstellung der Baugrup­ pe (10 bis 10 E) wird sie auf den Boden einer Spritz- oder Druckform gelegt. Eventuell ist in der Achse der Baugruppe eine (nicht dargestellte) Metallhülse eingelegt, und das Ganze wird dann mit einem Iso­ lierstoff ausgegossen, der einen Körper in Form einer Kegelstumpfeinheit 7 hat, wie sie in feinen Linien in den Figuren dargestellt ist.

Es versteht sich von selbst, daß sich die Erfindung nicht auf diejenigen Ausführungsformen dieses Stirn­ kollektors beschränkt, die oben als Beispiele be­ schrieben wurden, sondern daß sie vielmehr alle Aus­ führungsvarianten einschließt, die gleichwertige Elemente enthalten.

Somit können insbesondere die Verstärkungsringe in Form von Ringen mit einem kreisförmigen oder poly­ gonalen Querschnitt oder in Form von mehr oder weni­ ger dicken Scheiben ausgeführt sein.

Claims (9)

1. Stirnkollektor für elektrische Maschine von der Art, die aus einer ringförmigen Platine (1) aus leitfähigem Material hergestellt wird, worin radiale Rillen (2 a) eingeschlagen (eingepreßt, eingeprägt) sind, die die Kollektor­ lamellen (2) begrenzen, wobei der Boden dieser Ril­ len im Verhältnis zur Nutzfläche (1 a) der Platine (1) in der Weise übersteht, daß die Lamellen (2) nach dem Ausgießen und der Bearbeitung der zu diesen Rillen (2 a) gehörenden Stege (3) voneinander ge­ trennt und als Einheit einerseits durch Ausgießen in/an einen Isolierkörper (7), der sich zur Befesti­ gung an einer Rotorwelle eignet, und andererseits durch Bördelvorrichtungen an einem elektrisch iso­ lierten Verstärkungsring (5, 5 B, 5 C) verankert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bördelvorrichtungen aus dem Material der Innen­ fläche (1 a) der ringförmigen Platine (1) so heraus­ gearbeitet sind, daß vor dem Ausgießen des Isolier­ körpers eine Baugruppe aus einem Stück entsteht.

2. Stirnkollektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bördelvor­ richtungen aus einer unterbrochenen ringförmigen Nut (4) bestehen, die in der Innenfläche (1 a) der ringförmigen Platine (1) vorgesehen ist, in die der Verstärkungsring in Form einer Flachscheibe (5) ein­ greift.

3. Stirnkollektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bördelvor­ richtungen aus Zapfen (12) bestehen, die aus einem Stück mit den Kollektorlamellen (2) an der Innen­ fläche (1 a) der ringförmigen Platine (1) ausgeführt und so beschaffen sind, daß sie durch am Kranz ange­ ordnete Löcher (13) durch den Verstärkungs- und Hal­ tering in Form einer Flachscheibe (5 B) durchtreten, deren Anzahl der der Kollektorlamellen (2) ent­ spricht.

4. Stirnkollektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstär­ kungsring (5 C) einen sogenannten Diabolo-Querschnitt aufweist, d.h. einen Querschnitt in Form von zwei Dreiecken, die einander mit den Scheitelpunkten ge­ genüberliegen.

5. Stirnkollektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (5 C) mit diaboloförmigem Querschnitt in einer ringförmi­ gen Nut (4 C) eingebettet ist, die in der Innenfläche (1 a) der ringförmigen Platine (1) vorgesehen ist, wobei die Tiefe dieser Nut (4 C) so beschaffen ist, daß ihre Umfangsränder ganz oder teilweise durch einen Bördelvorgang an den schrägen Seiten des Rin­ ges (5 C) umgebogen werden können.

6. Stirnkollektor gemäß einem der Ansprüche 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (4 A) zwischen zwei Kränzen (8, 9) von Bördelzapfen (11) angebracht ist, die auf der Innen­ fläche (1 a) der ringförmigen Platine (1) vorgesehen sind.

7. Stirnkollektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Verstärkungsring um eine elektrisch isolierte Flachscheibe (5 D) handelt, die an einem Kragen (16) angebracht ist, welcher den Innendurchmesser der ringförmigen Platine (1) verlängert und dessen Umfangsrand so verformt ist, daß an der genannten Scheibe (5 D) ein Bördelflansch (16 a) entsteht.

8. Stirnkollektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Verstärkungsring um eine Flachscheibe (5 E) han­ delt, die sich in eine zylindrische Aussparung (17) einfügt, welche in der ringförmigen Platine (1) vor­ gesehen ist, wobei der Innendurchmesser der Scheibe kleiner ist als der Innendurchmesser der genannten ringförmigen Platine (1).

9. Stirnkollektor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Kränze (8, 9) wenigstens die gleiche Anzahl Veranke­ rungszapfen (11) aufweist wie Kollektorlamellen (2) vorhanden sind.