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WO1995022184A1 - Armierungsring für rotationskörper und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Armierungsring für rotationskörper und verfahren zu seiner herstellung Download PDF

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Publication number
WO1995022184A1
WO1995022184A1 PCT/EP1994/000381 EP9400381W WO9522184A1 WO 1995022184 A1 WO1995022184 A1 WO 1995022184A1 EP 9400381 W EP9400381 W EP 9400381W WO 9522184 A1 WO9522184 A1 WO 9522184A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ring
metal ring
metal
glass fiber
commutator
Prior art date
Application number
PCT/EP1994/000381
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joze Potocnik
Ivan Cerin
Boris Krzisnik
Original Assignee
Comtrade Handelsgesellschaft Mbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Comtrade Handelsgesellschaft Mbh filed Critical Comtrade Handelsgesellschaft Mbh
Priority to PCT/EP1994/000381 priority Critical patent/WO1995022184A1/de
Priority to PCT/EP1995/000495 priority patent/WO1995022185A1/de
Priority to AT95909707T priority patent/ATE177567T1/de
Priority to EP95909707A priority patent/EP0693230B1/de
Priority to US08/535,010 priority patent/US5736804A/en
Priority to DK95909707T priority patent/DK0693230T3/da
Priority to ES95909707T priority patent/ES2131809T3/es
Priority to DE59505253T priority patent/DE59505253D1/de
Publication of WO1995022184A1 publication Critical patent/WO1995022184A1/de
Priority to US09/053,902 priority patent/US6101701A/en

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/04—Commutators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/06—Manufacture of commutators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49789—Obtaining plural product pieces from unitary workpiece
    • Y10T29/49798—Dividing sequentially from leading end, e.g., by cutting or breaking

Definitions

  • the invention relates to a reinforcement ring for rotary bodies, for example commutators, a method for its production and the use of the reinforcement rings according to the invention for commutators.
  • the invention is therefore based on the object of providing a reinforcement ring which can be subjected to a high thermal load and at the same time retains the advantages of glass fiber reinforcement rings.
  • an armoring ring for rotating bodies in which a metal ring with a rectangular cross section is connected at the end to a unit with a glass fiber ring with a rectangular cross section.
  • the glass fiber ring has a greater radial height than the metal ring, and that the projection area is offset from the metal ring and rests on one or both of the radial surfaces or lateral surfaces of the metal ring.
  • the solution according to the invention has the advantage that only about half of the otherwise usual radial height of the glass fiber ring and the steel or metal ring can be used in the manufacture of the assembled ring. This enables the manufacturing costs of these rings not to increase significantly, which would be the case if the two rings had to be nested inside one another.
  • this composite reinforcement ring is that, due to the composition on the end face, it is not necessary to manufacture the respective diameters on which the two rings overlap, with a very narrow tolerance.
  • the diameter tolerances in the assembly point have to be many times smaller than in the case of the reinforcing rings according to the invention.
  • the object underlying the invention is to provide a method 'for producing a reinforcement ring for a rotary body, for example commutators indicate which has a high heat capacity, the respective advantages of metal rings and fiberglass rings and is also very inexpensive to produce.
  • the solution to this problem according to the invention consists in a method for producing a reinforcement ring for rotary bodies, for example commutators, with the method steps:
  • the displacement of the protruding area is a punching process in which the metal ring is part of the punching tool.
  • This advantage can be further increased if the second part of the punching tool is a circular groove formed in the commutator segments from stamped-out sections, since the protruding area is displaced to the metal ring at the same time as the reinforcing ring is mounted.
  • the reinforcement rings according to the invention can be used particularly advantageously for the reinforcement of the segments in a commutator.
  • Reinforcement rings in which one or both radial surfaces of the metal ring are partially covered with glass fiber material are particularly advantageous, it being particularly advantageous if these glass fiber parts can be moved by means of a stamping process.
  • This punching process can be carried out separately in a punching tool or directly in the commutator itself. In the latter case, the metal ring serves as part of the punching tool, but the circular groove of the punched-out segments (as e.g. in FIG Figure 8 shown).
  • the reinforcement variants in FIGS. 6, 7 and 9 can also be carried out according to the same principle, but this is not shown in these figures.
  • the reinforcing rings provided with protruding areas open up a very simple possibility of providing the metal ring part with a desired pretension if the reinforcing ring is pressed with the glass fiber side ahead into a circular groove provided in the commutator, which circular groove is chamfered in the axial direction in such a way that the glass fiber ring is tilted either to the axis or to the outer surface of the rotation, whereby the metal ring is biased either radially inwards or radially outwards.
  • the use of the reinforcement rings according to the invention enables both the steel ring and part of the glass fiber ring to form the supporting part of the reinforcement ring, it being possible for the protruding area to serve as an insulation layer between the steel ring and the copper commutator segments.
  • the use of the reinforcement rings according to the invention makes it possible for the design designs of the commutator reinforcement to be adapted to the different quality requirements for commutators.
  • the advantage of the constructions is that in all cases a supporting part of the assembled ring is elastically expanded and preloaded, which gives the commutator the characteristic of the so-called preloaded commutators.
  • Another advantage over known constructions is that part of the space between the steel ring and the anchors of the copper segments is filled with potting compound with which the entire commutator is potted. If a highly heat-resistant compound is used as the casting compound, the copper segments are additionally supported against the steel ring with a highly resistant material.
  • At least part of the steel ring height lies on the potting compound layer.
  • an additional insulation layer made of a material other than glass fibers between this ring part and the armature of the copper segments, which, if it is heat-resistant, provides additional protection against the displacement of the copper segments.
  • reinforcement rings according to the invention can be leaned directly against the copper segments on both sides of the ring. This enables the ring to be driven directly into the grooves of the copper segments, the ring being wedged into the segments and the segments thereby being aligned in precise radial positions.
  • FIG. 1 shows a cross section through a glass fiber ring before assembly with a steel ring
  • FIG. 2 shows a top view of the glass fiber ring from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a partial cross section of a first embodiment according to the invention
  • FIG. 4 shows a partial cross section of a second embodiment according to the invention
  • FIG. 5 shows a partial cross section of a third embodiment according to the invention
  • FIG. 6 shows a partial cross section through a commutator with a reinforcement ring according to the first embodiment
  • FIG. 7 shows a partial cross section through a commutator with an armoring ring according to the second embodiment
  • FIG. 8 shows a partial cross section through a commutator with an armoring ring according to the third embodiment.
  • FIG. 9 shows a partial cross section through a commutator with an armoring ring according to the second embodiment, but with a fourth embodiment.
  • FIGS. 1 and 2 a glass fiber ring or insulating ring 14 is shown in different views before it is assembled with a metal or steel ring 12 to form a reinforcement ring 10.
  • FIGS. 3 to 5 each show different embodiments of a reinforcement ring 10, 10 'and 10 "' in cross section.
  • the reinforcement ring 10 shown in FIG. consists of the metal ring 12 with a rectangular cross section and the glass fiber ring 14, also with a rectangular cross section, the radial height of the glass fiber ring 14 being greater than the radial height of the steel ring 12.
  • the insulating ring 14 has the same or a smaller inner radius than the metal ring 12, and there is a radial projection 16 which is axially offset in the direction of the metal ring 12 by means of a stamping process in such a way that part of the radial outer surface of the steel ring 12 is covered with this projection 16, but this projection 16 still touches an area of the glass fiber ring 14.
  • the reinforcement ring 10 'shown in FIG. 4 differs from the embodiment according to FIG. 3 in that an overlap region 18 bears on the surface of a steel ring 12' pointing to the axis and in addition a glass fiber ring 14 'has an identical or larger outer diameter than a metal ring 12' .
  • both radial surfaces of a steel ring 12 ′′ are partially covered with protruding areas 20 of a glass fiber ring 14 ′′.
  • the glass fiber ring 14 ′′ has a shoulder which lies opposite the steel ring 12 ′′, has the same radial height and is flush with the steel ring 12 **.
  • FIG. 6 shows the use of the reinforcement ring 10 according to FIG. 3 in a commutator 22 which is provided on its outer surface with segments 24 which are embedded in molding material 26.
  • the commutator 22 also has a circular groove 28, which is essentially formed by cutouts in the segments 24 and their circular arrangement. This circular groove 28 is arranged concentrically to the outer circumference of the commutator 22.
  • the characteristic of the reinforcement ring 10 is that both rings 12, 14 touch on the end face, or that the glass fiber ring support part is extended to the steel ring 12, the outer layer of the glass fiber ring 14 being shifted heavily and the outer jacket of the Steel ring 12 clasped and thus connects the two rings 12, 14.
  • the reinforcing ring 10 thus formed consists of three parts, of which one part is the steel ring 12, the second part is the supporting part of the glass fiber ring 14 and the third part is the protruding area 16, which serves as an insulation covering of the steel ring 12 and at the same time the Steel ring 12 connects to the glass fiber ring 14.
  • the commutator armouring in this example of use is designed in such a way that the supporting part of the glass fiber ring 14 is elastically drawn onto the anchors of the segments 24, for example made of copper.
  • the force resulting from the elastic expansion of this part * causes a force component on the segments 24 in the direction of the axis of the commutator 22.
  • the segments press on the insulation jacket of the steel ring 12 formed by the overhang region 16, which is thereby compressed and firmly clamped .
  • the steel ring 12 is thereby subjected to pressure, whereas the supporting part of the glass fiber ring 14 is expanded and tensile.
  • the reinforcing ring 10 ' has a steel ring 12' with a rectangular cross section, the axial height being greater than its radial height.
  • a special feature is also that the two rings touch on the end face, or that the supporting part of the glass fiber ring 14 * in the steel ring 12 * is extended, the inner layer of the glass fiber ring 14 'being shifted and part of the axial height of the Clasped inside of the steel ring 14 '.
  • the commutator armouring is designed such that the original supporting part of the glass fiber ring 14 'with the outer circumference is pressed inwards in the radial direction over the cone in the circular groove 28' onto the segments 24 'of the commutator 22'.
  • the steel ring 12 ' is, however, stretched radially outwards by means of deformation of the armature of the segments 24' and is thereby clamped in a prestressed state and firmly against displacement.
  • the axial height of the steel ring 12 ' is greater than the height of the insulation layer formed by the protruding area 18, so that the space between the inner jacket part of the steel ring 12' and the anchors of the segments 24 'is filled with a heat-resistant casting compound, as a result of which a detachment occurs of segments 24 'of commutator 22' is additionally prevented at high temperatures.
  • the reinforcement ring 10 ′′ composed for this example of use consists of a steel ring 12 ′′ having a rectangular cross-section, the axial ring height being greater than the radial height of the steel ring 12 ′′.
  • the feature in turn, is that the two rings 12 '' and 14 'are touching the end face and that the supporting part of the Glasfaserring ⁇ 14''in the steel ring 12' • ver ⁇ extended, is the inner andrely ⁇ chicht or projection areas 20 of the glass ring 14 ′′ are shifted in the direction of the steel ring 12 ′′ and clasp part of the axial height of the inner and outer shell of the steel ring 12 ′′.
  • the commutator armature according to this example of use is designed such that the armature ring 10 ′′ shaped and assembled in this way is hammered into sections of the segments 24 ′ * formed in a circular groove 28 ′ * and by means of the deformation of the armature of the segments 24 ′ * is additionally fastened towards the outside.
  • the commonality and the advantage of using the reinforcement rings according to these explanations lies in the fact that the reinforcement rings connect the commutator segments to one another at a precisely defined distance and at a precisely defined diameter before the molding compound.
  • FIG. 9 shows an example of use in which the segments 24 ′′ ′′ of a commutator 22 ′′ ′′ are alternately composed with intermediate insulation lamellae. Again, the same reference numbers are used, but with '''.
  • the reinforcement ring used for this example of use corresponds to the reinforcement ring 10 'shown in FIG.
  • This reinforcing ring 10 ' consists of the steel ring 12 * of right-angled cross-section, the axial ring height being greater than the radial thickness of the ring.
  • This commutator armature is intended for commutators which are composed of copper segments and intermediate insulation lamellae.
  • all three parts of the composite reinforcement ring 10 ' are stretched outwards in the radial direction by means of deformation of the anchor elements of the segments 24' * '.
  • the insulation lamellae between the anchors of the segments 24 * * ⁇ are extended and serve to prevent the reinforcement ring 10 'from returning to the initial position, both the steel ring 12' and the glass fiber ring 14 'being biased radially outwards .

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Abstract

Ein Armierungsring (10) für Rotationskörper, beispielsweise Kommutatoren, besteht aus einem im Querschnitt rechteckförmigen Metallring (12) und einem im Querschnitt rechteckförmigen Glasfaserring (14), die beide stirnseitig zu einer Einheit verbunden sind.

Description

Armierungsring für Rotationskörper und Verfahren zu seiner Herstellung
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.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Armierungsring (10, 10', 10' ') für Rotationskörper, beispielsweise Kommutatoren, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Querschnitt rechteck- förmiger Metallring (12, 12*, 12*') stirnseitig mit einem im Querschnitt rechteckformigen Glasfaserring (14, 14', 14"«) zu einer Einheit verbunden ist.
2. Armierungsrings (10, 10' 10' ') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasfaserring (14, 14' 14' ' ) eine größere radiale Höhe aufweist als der Metallring (12, 12', 12'') .
3. Armierungsring (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasfaserring (14) einen größeren Außendurchmesεer als der Metallring (12) aufwe¬ ist und dieser dadurch gebildete Überstandsbereich (16) in Richtung auf den Metallring (12) axial teilweise ver¬ setzt ist und an der radialen Außenfläche des Metallrings (12) anliegt.
4. Armierungsring (10') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasfaεerring (14') einen kleineren Innendurchmesser als der Metallring (12*) auf¬ weist und dieεer dadurch gebildete Überstandsbereich (18) in Richtung auf den Metallring (12*) axial teilweise ver¬ setzt ist und an der radialen Innenfläche des Metallrings (12') anliegt.
5. Armieruiigsring (10') nach Anεpruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasfaserring (14') so¬ wohl einen größeren Außendurchmesser als auch einen ge¬ ringeren Innendurchmesser als der Metallring (12') auf- weiεt und der zur Ringachεe gerichtete Überstandsbereich (18) in Richtung auf den Metallring (12') axial teilweise versetzt ist und an der radialen Innenfläche des Metall¬ rings (12") anliegt.
6. Armierungεring (10' ') nach Anεpruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glaεfaεerring (14' ') so¬ wohl einen größeren Außendurchmesser als auch einen ge¬ ringeren Innendurchmesser als der Metallring (12'') auf¬ weist und beide Überstandsbereiche (20) in Richtung auf den Metallring (12"') axial teilweise versetzt sind und sowohl an der radialen Innenfläche als auch an der radialen Außenfläche des Metallrings (12'') anliegen.
7. Armierungsring (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasf serring (14) den gleichen oder einen kleineren Innendurchmesεer alε der Metallring (12) aufweist.
8. Armierungsring (10, 10', 10'') nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallring (12, 12', 12*') aus Stahl besteht.
9. Armierungsring (10, 10*, 10' ") nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Breite des Metall- rings (12, 12*, 12'*) größer ist als seine radiale Höhe.
10. Verfahren zur Herstellung eines Armierungsringes für Rotationskörper, beispielsweise Kommutatoren, mit den Verfahrensschritte : a) Herstellen eines im Querschnitt rechteckformigen Metallrings, beispielsweise durch Ausstanzen aus einem Blech oder Abschneiden von einem Metallrohr; b) Herstellen eineε im Querschnitt rechteckformigen Glasfaserrings durch Wickeln von Glasfasern unter Zuführung von Kunstharz mit einer größeren radialen Höhe alε der Metallring; c) stirnseitiges Zusammenfügen beider Ringe; und d) Verschieben mindestens eines aus Glasfasern be¬ stehenden Überstandεbereichs axial in Richtung auf den Metallring derart, daß der verschobene Über¬ standsbereich sowohl an der radialen Oberfläche des ' Metallrings anliegt als auch noch den übrigen Glasfaserring berührt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt d) ein Stanzvorgang ist, bei dem der Metallring ein Teil des Stanzwerkzeuges ist.
12. Verfahren nach Anεpruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrenεεchritt d) ein Stanzvorgang ist, bei dem der Metallring ein Teil des Stanzwerkzeuges ist, und der zweite Teil eine aus Aus¬ stanzungen gebildete Kreisnut in Kommutatorsegmenten ist.
13. Verwendung des Armierungsringε (10) nach Anεpruch 3 in einem Kommutator (22) , dessen Kreisnut (24) zur Aufnahme des Armierungsringε (10) in axialer Richtung derart abge¬ schrägt ist, daß der Glasfaserring (14) nach innen zur Achse gekippt und dadurch der Metallring (12) radial nach innen vorgespannt ist.
14. Verwendung eines Armierungsrings (10') nach Anspruch 4 in einem Kommutator (22'), desεen Kreisnut (24') zur Auf¬ nahme des Armierungsrings (10') in axialer Richtung der¬ art abgeschrägt ist, daß der Glasfaεerring (14') nach außen zur Kommutatormantelfläche gekippt und dadurch der Metallring (12') radial nach außen vorgespannt ist.
15. Verwendung eines Armierungsringε (10'*) nach Anεpruch 5 in einem Kommutator (22*'), dessen Kreisnut (24*') zur Aufnahme des Armierungsringε (10**)derart auεgeformt iεt, daß der Glasfaserring (14' ') nach seiner Einbringung durch Kraftschluß gehaltert ist.
16. Verwendung des Armierungsrings (10") nach Anspruch 4 in einem Kommutator (22**'), dessen Kreisnut (28'*') zur Aufnahme des Armierungsrings (10*) an der der Achse deε Kommutators (22*' ') benachbarten Wandung eine Wulst auf¬ weist derart, daß sowohl der Metallring (12') als auch der Glasfaserring (14) radial nach außen vorgespannt sind.
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