Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Maschinenelementes mit mindestens einem Kontaktschleifkörper und nach dem Verfahren hergestelltes elektrisches Maschinenelement Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Herstellung eines elektrischen Maschinenelementes mit mindestens einem Kontaktschleifkörper. Beispiele für solche Maschinenelemente sind Schleifringaggregate und Kommutatoren. Das Verfahren zeichnet sieh erfindungsgemäss dadurch aus, dass man den Schleifkörper durch Niederschlagen einer elektrisch leitenden Schicht auf galvanischem Wege erzeugt.
Die Erfindung betrifft ferner auch ein nach diesem Verfahren hergestelltes Maschi nenelement. Dasselbe zeichnet sich erfindungs gemäss dadurch aus, da.ss es einen Isolator aufweist, der mit. mindestens einer Nut ver sehen ist, in welcher der Schleifkörper auf galvanischem Wege erzeugt worden ist, wobei dieser Schleifkörper durch ein im Isolator vorgesehenes Loch hindurch mit einer Strom zuführungsleitung verbunden ist.
Durch die Erfindung gelingt es z. B. Schleifringaggregate oder Kommutatoren zu schaffen, die sich durch einfachen Aufbau auszeichnen, leicht und billig herstellbar ist und sieh daher besonders für sehr kleine elek trische Geräte eignen, wie z. B. kleine Elek tromotoren, Geräte zur elektrischen Abta- stung, Rechengeräte, Kreiselgeräte, feinme chanische Geräte und dergleichen.
Vorzugs weise wird die elektrisch leitende Schicht in unmittelbarer Berührung mit einer Stromzu- Führungsleitung erzeugt, die dadurch elek- trisch und mechanisch sehr innig mit dein Schleifkörper verbunden wird, wobei der elek trische Übergangswiderstand praktisch Null ist.
Die galvanisch erzeugten Kontaktschleif- körper, z. B. Ringe oder Platten, können ver hältnismässig dünn bemessen werden, da sie einen höheren Verschleisswiderstand haben, als z. B. in Metallspritzverfahren aufge brachte Schleifkörper, bei welchen auch der erwähnte Übergangswiderstand wesentlich grösser ist. Dadurch ergibt sich eine sparsame Verwendung von Metall, bei welchem es sich im allgemeinen um eine Silberlegierung han delt.
Der einfache Aufbau des elektrischen Ma schinenelementes nach der Erfindung bietet die vorteilhafte Möglichkeit, diesem Element wesentlich geringere Abmessungen zu geben, als es bisher möglich war und die Genauigkeit und den Wirkungsgrad zu steigern.
Einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeich nung beschrieben. In dieser zeigen: Fig. 1 einen Aufriss -eines Schleifring aggregates, Fig. 2 die in der Richtung der Pfeile 2 aufgenommene Stirnansicht, Fig. 3 einen in grösserem, Massstab gehal tenen Aufriss, teilweise im Längsschnitt, Fig. 4 den Querschnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 3, Fig. 5 den Querschnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 3,
Fig. 6 eine etwas abgewandelte Ausfüh rungsform eines Schleifringaggregates an Hand eines Teillängsschnittes, ähnlich der Fig. 3, jedoch in grösserem Massstab, Fig. 7 den Querschnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 6, Fig. 8 eine dritte Ausführungsform eines Schleifringaggregates im Aufriss, Fig. 9 einen in grösserem Massstab gehal tenen Teillängsschnitt des in Fig. 8 gezeigten elektrischen Maschinenelemetes,
wobei der Lbersiehtliehkeit wegen einige elektrische Lei tungen fortgelassen sind, Fig. 10 die Stirnansicht eines Kommuta- tors, Fig. 11 die Stirnansicht des Kommutators von der entgegengesetzten Seite, Fig. 12 den senkrechten Längsschnitt, etwa nach der Linie 12-12 der Fig. 11, Fig. 13 ein viertes Schleifringaggregat, in Rückansicht,
Fig. 1-1 die zur Fig. 13 gehörige Stirnan sicht, Fig. 15 einen senkrechten Querschnitt nach der Linie 15-15 der Fig. 1.4, Fig. 16 einen Teil der Fig. 15 in grösserem Massstab, Fig. 17 die Stirnansicht eines weiteren Sehleifringaggregates, Fig. 18 den senkrechten Längsschnitt nach der Linie 18-18 der Fig. 17, Fig. 19 einen teilweisen Querschnitt nach der Linie 19-19 der Fig. 18,
Fig. 20 einen senkrechten Querschnitt nach der Linie 20-20 der Fig. 18:, Fig. 21 den zur Fig. 17 gehörigen Seiten riss, teilweise im Schnitt, Fig. 22 den Schnitt nach der Linie 22 der Fig. 19 und Fig. 23 einen teilweisen Längsschnitt durch den für die galvanische Erzeugung der Schleifringe vorbereiteten Isolator des in Fig. 1.7-22 gezeigten Maschinenelementes.
Das Schleifringaggregat nach den Fig. 1 bis 5 besteht aus einem Haltestab 1, aus den elektrischen Kabeln ?, die von ihm getragen werden und aus dem den elektrischen Isolator 3 bildenden Isolierstoff, der in plastischem Zustand um die Kabel 2 und den Haltestab 1 herumgeformt ist. Der Haltestab 1 kann von einem korrosionsfesten Draht der erforder lichen Festigkeit gebildet werden.
Die elektri schen Kabel 2 bestehen aus Drähten 4 mit einer Isolierhülle 5, und sie werden am besten iim den Haltestab 1 wendelförmig herumge- wunden, und zwar entweder über ihre ganze Länge hin oder auch so, dass ihre Enden aehs- parallel abgebogen verlaufen, wie es aus Fig. 3 zu ersehen ist. Möglich ist es jedoch auch, diese elektrischen Leitungen 2 über ihre ganze Länge hin achsparallel um den Haltestab 1 herum zu verteilen.
Der Haltestab 1 kann mit einer eigenen, dünn bemessenen Isolierhülle versehen sein. Die Leitungen \' enden innerhalb des Iso- lierkörpers, während der Stab 1 bis zu dessen Stirnwand hindurchgeht. Das Herumformen der plastischen Masse um die Leitungen 2. zum Erzeugen des Isolatorkörpers 3 kann mit. Hilfe einer geteilten Form durchgeführt wer den, wobei dann die Leitungen \? in die pla stische Masse völlig eingebettet sind und von ihr bedeckt werden. Viele thermoplastische Kunststoffe mit den erforderlichen elektri schen Isolierwerten eignen sich dafür.
Nachdem der Isolierkörper erhärtet ist gegebenenfalls kann er vulkanisiert werden wird er auf einer Drehbank bis auf den rich tigen Durchmesser abgedreht, wobei man einen Bund 6 stehen lassen kann. Alsdann werden Nuten 7 in den Isolator 3 eingeschnit ten, und zwar für jede Leitung 2 eine Nut, wobei diese Nuten sämtlich auf der einen Seite des Bundes 6 zu liegen kommen. Die Breite der Nuten entspricht. der Breite der herzu stellenden Sehleifringe. Der Grund jeder Nut kommt auf einen geringen Abstand zur zuge hörigen Leitung 2 zu liegen. Ist das gesche hen, dann wird im Grund jeder Nut ein Loch angebracht, in welchem der Leiter 4 der zu gehörigen Leitung 2 bloss gelegt wird.
Zu diesem Zweck wird also auch der Isolierman- tel 5 fortgeschnitten. In dem Loch liegt dann die leitende Ader 4 bloss, wie Fig. 3 und 4 zeigen.
Nunmehr wird innerhalb jeder Nut 7 auf den leitenden Überzug galvanisch eine Schicht. 8 aufgebracht, die später den Schleifring bil det. Zii diesem Zweck wird der Isolator 3 in einen Elektrolytbehälter mit einem entspre- elienden Elektrolyten eingebracht. Die in der E Iektrol y tflüssigkeit befindlichen Anoden wer den je nach dem niederuschlagenden Metall gewählt.
Soll die galvanische Schicht aus einer Silberlegierung bestehen, so braucht man als Kathoden einen die Böden der Nuten 7 be- cleekenden elektrisch leitenden Lack als Über zug, in welchem pulverisiertes Silber aufge schwemmt ist. Als Elektrolyt kann dann eine Lösung von Silberzyanid verwendet werden, und die Anoden bestehen aus Silber.
Das gal- v anisehe Verfahren wird so lange fortgesetzt, bis die in den Nuten 7 niedergeschlagenen gal vanischen Schichten die gewünschte Dicke er haben und eine spanabhebende Bearbei- tiin@ri vertragen, ohne sich dabei auf dem Iso lator 3 zit lockern. Alsdann wird der Isolator in eine Drehbank eingespannt, in welcher die galvanischen Schichten in den Nuten 7 abge dreht werden, so dass die glatten Schleifringe 8 entstehen und zwischen diesen jeder etwaige galvanische Niederschlag entfernt wird.
Die Ringe 8 werden dann poliert und können im Bedarfsfall noch einmal galvanisch behandelt werden, um einen Metallüberzug auf ihnen zu erzeugen, z. B. aus Platin, Rhodium oder Gold. Dadurch erhält die Oberfläche der aus <B>1</B> ilber bestehenden SehleHringe <B>8</B> die ge- e_I wünsehte Beschaffenheit, beispielsweise um das durch die Schleifbürsten erzeugte Ge räusch zii mindern.
Beachtlich ist, da.ss der Isolator 3 die Schleifringe 8 und die Leiter 4 der Kabel 2 zii einem ganzen Stück vereinigt, das keiner Befestigungsmittel bedarf, und dass ein ver wickelter und zeitraubender Zusammenbau @ an Einzelteilen und die dadurch bedingten Fehlerquellen fortfallen. Ferner ist beaeht- lieh, dass ein vollkommener elektrischer Kon takt zwischen den Schleifringen 8 und den Leitern 4 mit dem Beringst denkbaren Über- gangswiderstand gewährleistet ist.
Dabei bilden die innern Vorsprünge der Schleifringe 8, die in die Löcher des Isolators 3 und durch die Ausschnitte der Isolierhüllen 5 hindurch ragen, keilartige Ansätze 9, durch welche die Schleifringe gegen Verdrehen auf dem Isola tor 3 verriegelt sind. Auch verhindern die Seitenwände der Nuten 7 jede Längsverschie bung der Schleifringe 8 auf dem Isolator 3. Die Stärke der Schleifringe kann gerade so gross gewählt werden, als es der Verschleiss durch die Bürsten erfordert. Durch das Ein drehen der Nuten in den Isolator wird der genaue Abstand der Schleifringe gewähr leistet, ganz gleichgültig, wie gross das elektri sche Maschinenelement bemessen sein mag.
Es kann grosse Abmessungen erhalten, wobei dennoch kleinere Toleranzen für die Abmes sungen eingehalten werden können, als es bei den mit, bekannten Verfahren hergestellten Schleifringaggregaten möglich war. Das be schriebene Maschinenelement zeichnet sich also durch grössere Genauigkeit und einen höheren Wirkungsgrad aus, als es bisher bei derartigen Elementen erreicht werden konnte. Vor allem lassen sich die elektrischen Maschi nenelemente in so kleinen Abmessungen aus führen, wie es bisher unmöglich war.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfin dung gemäss den Fig. 6 und 7 wird der Isola tor 10 in derselben Weise wie beschrieben ge formt und mit eingedrehten Nuten 11 ver sehen. Indessen werden die Kabel 12 in den Isolator 10 nicht mit eingeformt, sondern nachträglich eingebracht. Zu diesem Zweck wird der Isolator 10 nach seiner Herstellung mit Längsbohrungen 13 versehen. Für jeden Schleifring 1.1 und jedes Kabel wird eine sol che Längsbohrung angebracht, deren Länge so bemessen wird, da.ss das Kabel an dem zu gehörigen Schleifring endet.
Dann wird im Boden jeder Nut. 11 ein kleines Loch 15 ge bildet, durch das man das abisolierte Ende der leitenden Ader 16 jedes Kabels hindurch fädelt und dann um den Isolator am Grund der Nut herumwickelt, wie in Fig. 7 bei 17 dargestellt. Der Wickel 17 dient als Ersatz für den leitenden Überzug, der bei der Aus- führungsform nach den Fig. 1 bis 5 aufge bracht wird. Das galvanische Niederschlagen der Schleifringe 14 in den Nuten 11 erfolgt in der gleichen Weise, wie mit Bezug auf die Schleifringe 8 beschrieben.
Während es sich bei den bisher beschrie benen Ausführungen der Erfindung um zylin drische Schleifringaggregate handelt, ist, in den Fig. 13 bis 16 ein scheibenförmiges Schleifringaggregat nach der Erfindung ge zeigt. Der Isolator 18 hat dabei die Gestalt einer Scheibe mit einer Nabe 19, die mit aehs- parallelen Bohrungen 20 zum Hindurchfüh ren der Kabel 21 versehen ist. Diese führen über die Rückseite der Scheibe 18 und sind mit ihren Adern an Klemmen 22 angeschlos sen, welche in diesem Falle Stromzuführungs- leiter darstellen, in deren unmittelbarer Be rührung die leitende Schicht erzeugt wird.
Die Vorderseite der Scheibe 18 weist kreisför mige Nuten 24 auf, deren Flanken bei 25 hin terdreht sind. Am Boden jeder Nut liegt die betreffende Klemme 22 an ihrem einen Ende bloss. In jeder dieser Nuten 24 befindet sich eine galvanisch aufgebrachte Schicht, die einen Schleifring 23 bildet und in einem voll kommenen elektrischen Kontakt mit der Lei tungsklemme 22 steht. Es sind also ebensoviel Schleifringe 23 wie Anschlussdrähte vorge sehen. Diese Ausführungsform bietet, diesel ben Vorzüge hinsichtlich .Bauart und Wir kungsweise wie die vorher beschriebenen. Für Schleifringaggregate grösserer Abmes sungen empfiehlt sich die in den Fig. 8 und 9 gezeigte Bauart.
Bei dieser geht, durch eine axiale Bohrung 27 des beliebig hergestellten Isolators 26 ein Bündel der parallel verlau fenden Kabel 28 hindurch, vergleiche Fig. 8 links, und der Isolator hat eine grosse Zahl, z. B. sechsunddreissig Nuten 29 je für einen Schleifring 30. In jeder Nut hat der Isolator ein Loch 32, durch welches die Ader 31 des betreffenden, am Ende abisolierten Kabels hindurchgefädelt ist. Das Ende der Ader ist dann um den Isolator in der mit Bezug auf die Fig. 6 und 7 beschriebenen Weise herum gewickelt, worauf galvanisch die die Schleif- ringe 30 bildenden Metallschichten aufge bracht sind.
Die Fig. 10 bis 12 zeigen, wie ein Kommu-, tator nach der Erfindung beschaffen sein kann. Der elektrische Isolator 33, der irgend wie hergestellt sein kann, z. B. mit Hilfe einer Form, hat eine axiale Bohrung 34 zum Auf ntecken auf eine Welle und einen äussern, senkrecht zur Achse verlaufenden Flansch 35, der auf beiden Seiten und auf der Kante eine galvanisch aufgebrachte leitende Schicht 36, z. B. aus einer Silberlegierung, trägt und durch radiale Schlitze 38 samt der Schicht in Sektoren 39 unterteilt ist, was mit Hilfe einer Säge 37 geschehen kann.
Jeder Sektor ist an ein Kabel 40 angeschlossen, das durch eine achsparallele Bohrung 41 des Isolators 33 hindurchgeht und dessen Ader 42 in unmit telbarer elektrischer Verbindung mit der gal vanischen Schicht 36 steht. Damit sich diese nicht lösen kann und. fest am Isolator 33 haf tet, kann sie in eine durch Hinterdrehen ge bildete Nut 33a des Isolators hineinragen.
Der Isolator kann statt, mit Nuten auch mit, hinterdrehten Schultern versehen wer den, welche dieselbe Wirkung haben.
Bei dem Sehleifringaggregat nach den Fig. 17 bis 23 hat der Isolator 43 einen ring förmig geschlossenen Schleifring 44 und zwei Schleifringsegmente 45. Auf dem Ring 44 schleift eine Bürste, während die Segmente 45 abwechselnd mit einer andern Schleif bürste in Berührung treten, die in dem andern Element der Einrichtung sitzt, zu welcher das Schleifaggregat gehört.
Bei der Herstellung dieses Aggregates sind in den Isolator 43, der beliebig herge stellt werden kann, z. B. mit Hilfe einer Form, rings herum verlaufende Nuten 46 ein gedreht., die zur Aufnahme eines Schleifringes 44 und der Schleifsegmente 45 dienen. Von jeder Stirnseite des Isolators her erstreckt sich achsparallel. ein Draht 47 durch eine Seitenwandung der nächst gelegenen Nut 46 (Fug. 23<B>)</B>. Dieser Draht dient zur Stromlei tung beim galvanischen Niederschlagen der leitenden Schicht in der betreffenden Nut 46.
Das galvanische Verfahren wird in der be- schriebenen Weise durchgeführt., wobei die Drähte 47 dazu dienen, den Strom den auf die Böden der Nuten 46 aufgebrachten leitenden I'berzügen zuzuführen, um die Niederschla gung der leitenden Schicht zti bewirken. Es entstehen dabei in den Nuten 46 geschlossene Metallringe. Diese und der Isolatorkörper werden dann abgedreht und poliert.
Alsdann werden in den Isolatorkörper von der einen. Stirnseite her am Umfang zwei Schlitze 48 eingeschnitten, wodurch der eine der beiden Metallringe in die Segmente 45 unterteilt wird. Freilich muss verhindert wer den, dass sich die Ringe auf dem Isolator in der Umfangsrichtung verschieben. Zu diesem Zweck kann der Isolator mit Löchern 49 ver sehen werden, in die der galvanische Nieder schlag hineinragt, vergleiche Fig. 19 und 22. Besonders wichtig ist dies für die beiden Seg mente 45. Ferner muss verhindert werden, dass sich die Segmente vom Isolator abheben können. Zu diesem Zweck sind die Flanken der Nuten 46 hinterdreht. Das kann auch mit den Löchern 49 geschehen.
Bei der galvanischen Bildung der leiten den Metallschichten werden diese mit den stromführenden Leitern elektrisch und mecha nisch zu einem Gebilde vereinigt, das von dem Isolator getragen wird und einen hohen elek trischen Leitwert hat. Die leitende Metall- sehieht, der stromfährende Leiter und der Isolator bilden zusammen ein elektrisches Maschinenelement, das dem Zweck dient, einen elektrischen Strom von dem einen zum andern zweier relativ beweglicher Körper zu leiten.