DE2700882C2

DE2700882C2 - Kollektor für elektrische Maschinen und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2700882C2
Application number: DE2700882A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Arnold; Josef Baden Aargau Schmidli; Peter Dipl.-Ing. Zug Spiess
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1976-12-10
Filing date: 1977-01-11
Publication date: 1990-03-29
Also published as: GB1590663A; DE2700882A1; CH598699A5; PL107908B1; BR7708169A; PL202754A1; CA1106893A; IT1089755B; SE7713777L; AR213677A1; FR2373899B1; US4349759A; NL7713574A; FR2373899A1; DK540677A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kollektor für elektrische Maschinen und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung Bezug auf einen Stand der Technik, wie er sich beispielsweise aus der DE-OS 20 62 864 ergibt.
Dieser bekannte Kollektor besteht aus einem durch Schrumpfringe zusammengehaltenen Lamellenverband. Der zur Abstützung des Kollektors dienende Schrumpfring umfaßt zwei Ringe mit einem elastischen Verbindungsteil. Einer der Ringe wird auf den Kollektor geschrumpft und dient somit dem Zusammenhalt des Lamellenverbandes, auf den anderen Ring, der mit dem ersten über den elastischen Verbindungsteil verbunden ist, wird der Kollektorträger aufgeschrumpft. Diese Anordnung ermöglicht die Wärmedehnung des Kollektors in axialer Richtung und in bestimmten Bereichen Veränderungen in radialer Richtung, ohne den festen Sitz auf der Welle bzw. am Kollektorträger zu verlieren.
Da an die Festigkeit der Schrumpfringe hohe Anforderungen gestellt werden müssen, ist die Herstellung des zur Abstützung dienenden Schrumpfringes wegen der speziellen Formgebung und der Härte des Materials sehr aufwendig. Ferner werden beim Zusammenbau des Kollektors durch zwei verschiedene, seitlich hintereinander erfolgende Schrumpfvorgänge lange Montagezeiten und somit hohe Kosten verursacht. Es ist auch schon versucht worden, den Schrumpfring und Kollektorträger einstückig auszuführen, doch sind bei dieser Lösung niedrige Herstellungskosten und große Materialfestigkeit nicht miteinander vereinbar.
Die DE-PS 8 52 412 betrifft einen Kollektor für elektrische Maschinen, bei welchem mit Isolation geschichtete Metallamellen auf ihrem Träger unter Benutzung von in rinnenförmige Ausnehmungen an den Kollektorstirnenden isoliert eingreifenden Ringen befestigt sind. Diese Ringe sind als Schrumpfringe ausgebildet. Der Kollektor ist mittels dieser Schrumpfringe entweder unmittelbar auf der Welle oder auf einem Träger befestigt.
Diese bekannte Anordnung weist den Nachteil auf, daß der Spannungszustand des Lamellenverbandes durch dessen Befestigen auf der Welle oder dem Träger nachteilig beeinflußt wird, weil die Schrumpfkräfte zwischen Ring und Welle bzw. Ring und Träger den Gewölbedruck im Lamellenverband herabsetzen.
Gegenstand der CH-PS 3 97 846 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gießharzkollektors. Der Lamellenverband des Kollektors ist durch in seine stirnseitigen Ringnuten eingepaßte und über die Stirnseiten hinausragende isolierte Halteringe in sich und gegen eine mit isolierendem Material umkleidete Tragnabe zentriert. Der Zwischenraum zwischen der Tragnabe und dem Lamellenkörper sowie den Halteringen wird ohne Verwendung einer gesonderten Gießform mit härtbarem Gießharz ausgegossen.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt des Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kollektor zu schaffen, der große mechanische Beanspruchungen zuläßt, sich durch einfachen Aufbau auszeichnet und bei dessen Herstellung ein Minimum von zeitaufwendigen Schrumpfprozessen ausgeführt werden muß, ohne daß die Festigkeit des Schrumpfsitzes leidet.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 11 gelöst.
Der erfindungsgemäße Kollektor weist alle Vorteile auf, die mit einer Kollektoranordnung nach der DE-OS 20 62 864 erzielbar sind. Darüber hinaus werden die Material-, Bearbeitungs- und Montagekosten erheblich reduziert. Für die Schrumpfringe läßt sich ein Material mit hoher Zugfestigkeit verwenden, wodurch die Kupferhöhe des Kollektors reduziert werden kann. Der Entkopplungsteil wird mechanisch weniger belastet, da beide Ringteile gleiche Vorspannung aufweisen. Die Erfindung ermöglicht ferner eine Erhöhung der Durchschlagfestigkeit aufgrund verlängerter Kriechwege und übersichtlicher Isolationsverhältnisse.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist ferner darin zu sehen, daß beide Schrumpfverbindungen in einem Arbeitsgang durchgeführt werden können.
Besonders zweckmäßig ist eine Anordnung, bei der die Ringteile im wesentlichen gleiche Innen- wie auch gleiche Außendurchmesser aufweisen. Dadurch ist eine Herstellung des Ringes durch Walzen möglich, wobei nur geringe Nachbearbeitung notwendig ist und somit Material- und Zeiteinsparung erzielt wird. Es ist von Vorteil, den Entkopplungsteil am Außendurchmesser der Ringteile anzuordnen, da bei einer solchen Ausführung nicht nur Materialspannungen im Betrieb des Kollektors erheblich reduziert werden, sondern auch eine größere Überschlagsfestigkeit durch größeren Isolationsabstand erzielt wird. Zur Festlegung des Abstandes zwischen Kollektor und Kollektorträger wird der Kollektorträger zweckmäßigerweise an der den Ringteil aufnehmenden Fläche mit einem Anschlag versehen. Es ist von Vorteil, den Kollektorträger mit Luftdurchtritts-Öffnungen zu versehen, damit eine gute Kühlung des Kollektors gewährleistet ist. Vorzugsweise werden die Schrumpfringe aus Stahl mit hoher Zugfestigkeit, vorzugsweise σ≥70 kp/mm², und der Kollektorträger aus Grauguß hergestellt. Dadurch wird eine billige, aber in höchstem Maße beanspruchbare Konstruktion erreicht. Zur Erhöhung der Überschlagsfestigkeit ist es von Vorteil, den Entkopplungsteil an der Innen- und an der Außenseite mit einem Isoliermaterial zu versehen. Als Isoliermaterial ist ein gießbares, aushärtbares Kunstharz besonders geeignet. Zur Verringerung des Gießvolumens ist es von Vorteil, einen Isolierring an der dem Kollektorträger zugewandten Stirnseite des Kollektors distanziert zu befestigen. Vorzugsweise wird der freie Raum zwischen dem Kollektorträger, dem Kollektor und dem Entkopplungsteil vollständig mit Harz gefüllt.
Das Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kollektors ist dadurch gekennzeichnet, daß nach Erwärmung des zur Abstützung des Kollektors dienenden Ringes ein Ringteil in eine Nut des Lamellenverbandes eingeführt und der Kollektorträger in den anderen Ringteil geschoben wird, und dann durch gleichzeitige Abkühlung der beiden Ringteile kraftschlüssige Verbindungen zum Lamellenverband und dem Kollektorträger hergestellt werden.
Zweckmäßigerweise wird vor dem Aufschrumpfen des Ringes an der dem Kollektorträger zugewandten Stirnseite des Kollektors ein Isolierring befestigt.
Es ist von Vorteil, den nach dem Aufschrumpfen entstandenen freien Raum zwischen Kollektor und dem oberen Teil des Kollektorträgers zumindest entlang des Entkopplungsteiles mit einem aushärtbaren Kunstharz auszugießen. Zur Vermeidung von Lufteinschlüssen ist es vorteilhaft, das Kunstharz bei rotierendem Kollektor einzufüllen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung, die einen mittels Schrumpfringen befestigten Kollektor zeigt, näher erläutert.
In der Zeichnung ist mit 1 ein Lamellenverband bezeichnet, in den an jeder Stirnseite eine Ringnut 2, 2* gedreht ist. An dem Nutgrund sind jeweils drei keramische Isolierstücke 3, 3* befestigt, die Nutenseitenwände sind mit Isolierfolien 4, 4*, 5, 5* versehen, und zwar am Innenradius mit einer Kaptonfolie 4, 4* und am Außenradius mit einer Polyamidfolie 5, 5*. Der Lamellenverband 1 wird durch einen in der Nut 2* angeordneten Schrumpfring 6 und einen weiteren Schrumpfring 7 zusammengehalten. Der Schrumpfring 7 besteht aus zwei Schrumpfteilen 8, 9 und einem dazwischen befindlichen, am Außenradius der Schrumpfteile 8, 9 angeordneten Entkopplungsteil 10. Der Schrumpfteil 9 des Schrumpfringes 7 ist in der Nut 2, der Schrumpfteil 8 auf einem Kollektorträger 11 angeordnet. Der Kollektorträger 11 weist an der den Schrumpfteil 8 aufnehmenden Fläche einen Anschlag 12 auf und ist mit in axialer Richtung verlaufenden Luftdurchtritts-Öffnungen 13 versehen. An der dem Kollektorträger 11 zugewandten Stirnseite des Kollektors ist ein Isolierring 14 befestigt. Der freie Raum zwischen dem oberen Teil des Kollektorträgers 11, dem Lamellenverband 1 und dem Entkopplungsteil 10 ist vollständig mit einem aushärtbaren Kunstharz 15 ausgegossen. An der Außenseite des Entkopplungsteiles 10 ist ein an dem Lamellenverband 1 anliegender Isolierring 16 angeordnet.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Kollektors wird anhand der Zeichnung wie folgt erläutert:
In die Stirnseiten des Lamellenverbandes 1 wird je eine Nut 2, 2* gedreht, am Nutgrund werden drei keramische Isolierstücke 3, 3* befestigt und die Nutenseitenwände am Innenradius mit einer Kaptonfolie 4, 4* versehen. Der Schrumpfring 6 wird erwärmt und in die Nut 2* eingesetzt, so daß dieser an den Isolierstücken 3* anliegt. Innerhalb der Kaptonfolie 4, 4* wird ein Isolierring 16 an drei Stellen distanziert auf den Lammellenverband geklebt. Nach Erwärmung des Schrumpfringes 7 wird der Schrumpfteil 9 so weit in die Nut 2 eingeführt, bis dieser auf den Isolierstücken 3 aufliegt, und der Kollektorträger 11 bis zum Anschlag 12 in den Schrumpfteil 8 geschoben und durch gleichzeitige Abkühlung der Schrumpfteile 8, 9 eine kraftschlüssige Verbindung zum Lamellenverband 1 und zum Kollektorträger 11 hergestellt. Die in den Nuten 2, 2* verbliebenen Hohlräume werden nach dem Anbringen einer Polyamidfolie 5, 5* am Außenradius der Nutenseitenwände mit einem aushärtbaren Kunstharz ausgegossen. Der freie Raum zwischen dem oberen Teil des Kollektorträgers 11, dem Lamellenverband 1 und dem Entkopplungsteil 10 wird bei rotierendem Kollektor mit Gießharz ausgefüllt, welches die Kaptonfolie 4 und den Isolierring 14 umschließt. An der Innenseite des Entkopplungsteiles 10 entsteht somit ein Isolierkörper 15. An der Außenseite des Entkopplungsteiles 10 wird zusätzlich eine Gießform angebracht, die mit aushärtbarem Kunstharz ausgegossen wird, wodurch ein am Entkopplungsteil 10 und Lamellenverband 1 anliegender Isolierring 16 entsteht.
Durch den erfindungsgemäßen Kollektor und das Verfahren zu dessen Herstellung werden die Material-, Bearbeitungs- und Montagekosten erheblich reduziert. Außerdem bringt die Erfindung insbesondere die Vorteile, daß

a) durch die Verwendung von Schrumpfringen mit hoher Zugfestigkeit die Kupferhöhe des Kollektors reduziert werden kann,
b) der Entkopplungsring mechanisch weniger belastet wird, da beide Schrumpfteile gleiche Vorspannung erhalten,
c) die Durchschlagfestigkeit aufgrund verlängerter Kriechwege und besserer Isolation erhöht wird.

Claims

1. Kollektor für elektrische Maschinen, der aus einem durch Schrumpfringe (6, 7) zusammengehaltenen Lamellenverband (1) besteht und bei dem der Lamellenverband einseitig auf einem Kollektorträger (11) abgestützt ist, diese Abstützung über einen zwei Ringteile (8, 9) umfassenden Ring (7) mit dazwischen befindlichem Entkopplungsteil (10) bewerkstelligt ist, wobei der erste als Schrumpfring ausgebildete Ringteil (9) den Lamellenverband (1) zusammenhält und der zweite als Schrumpfring ausgebildete Ringteil (8) mit dem Kollektorträger (11) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ringteile (8, 9) in Axialrichtung hintereinander angeordnet sind und daß die Ringteile (8, 9) des Ringes (7) in einem Arbeitsgang gleichzeitig auf den Lamellenverband (1) und eine Außenfläche des Kollektorträgers (11) aufgeschrumpft sind.

2. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringteile (8, 9) im wesentlichen gleiche Innen- wie auch gleiche Außendurchmesser aufweisen.

3. Kollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entkopplungsteil (10) am Außendurchmesser des Ringes (7) angeordnet ist.

4. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorträger (11) an der den zweiten Ringteil (8) aufnehmenden Fläche einen Anschlag (12) aufweist.

5. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorträger (11) mit Luftdurchtritts- Öffnungen (13) versehen ist.

6. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrumpfringe (6, 7) aus Stahl mit hoher Zugfestigkeit, σ≥70 kp/mm², und der Kollektorträger (11 ) aus Grauguß bestehen.

7. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entkopplungsteil (10) an der Innen- und an der Außenseite mit einem Isoliermaterial (15, 16) versehen ist.

8. Kollektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial (15, 16) ein gießbares, aushärtbares Kunstharz ist.

9. Kollektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Kollektorträger (11) zugewandten Stirnseite des Kollektors distanziert ein Isolierring (14) befestigt ist.

10. Kollektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Raum zwischen dem Kollektorträger (11), dem Kollektor und dem Entkopplungsteil vollständig mit Gießharz (15) ausgefüllt ist.

11. Verfahren zur Herstellung eines Kollektors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erwärmung des zur Abstützung des Kollektors dienenden Ringes (7) ein Ringteil (9) in eine Nut (2 ) des Lamellenverbandes (1) eingeführt und der Kollektorträger (11) in den anderen Ringteil (8) geschoben wird und dann durch gleichzeitige Abkühlung der beiden Ringteile (8, 9) kraftschlüssige Verbindungen zum Lamellenverband (1) und zum Kollektorträger (11) hergestellt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isolierring (14) vor dem Aufschrumpfen des Ringes (7) an der dem Kollektorträger (11) zugewandten Stirnseite des Kollektors befestigt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der nach dem Aufschrumpfen entstandene freie Raum zwischen dem Kollektor und dem oberen Teil des Kollektorträgers (11) zumindest entlang des Entkopplungsteiles (10) mit einem aushärtbaren Kunstharz ausgegossen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz bei rotierendem Kollektor eingefüllt wird.