DE3606164C1

DE3606164C1 - Method for producing commutators having a large axial length

Info

Publication number: DE3606164C1
Application number: DE19863606164
Authority: DE
Inventors: Norbert Ing Zellmann
Original assignee: Piller Anton GmbH and Co KG
Current assignee: Piller Anton GmbH and Co KG
Priority date: 1986-02-26
Filing date: 1986-02-26
Publication date: 1987-04-30

Abstract

A method for producing commutators having a large axial length for generators, in the case of which intermediate supports having annular grooves which form clamping shoulders are provided in the commutator ring at the ends and between the commutator rings ends, onto which intermediate supports the clamping elements are placed in order to absorb centrifugal forces. The compressed commutator ring is split transversely with respect to its axis into at least two sections (22, 24), of approximately equal length, at a separating point (20) in the region of an intermediate support, and the clamping shoulders (28; 52) are turned to the final size [lacuna] annular grooves which are constructed in those ends of the commutator ring sections which bound the separating point or points. The clamping rings (30) are fitted in the grooves, onto the clamping shoulders of the grooves. The commutator ring sections are aligned with respect to one another in the original position and the ends of the laminates are connected at the separating point, by means of soldering or welding. The commutator can in this case be constructed as a screw-type commutator or pressed commutator. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kollektoren großer axialer Länge nach dem Oberbegriff des Patent anspruches 1.The invention relates to a method for producing Large axial length collectors according to the preamble of the patent claim 1.

Mit zunehmender Länge des Kollektors steigt die Gefahr der Ver formung der Kollektorlamellen. Bei Kollektoren mit hoher Umfangs geschwindigkeit ist damit bei der üblichen Ausbildung der Kollektoren die axiale Länge der Kollektoren beschränkt.As the length of the collector increases, the risk of ver formation of the collector lamella. For large-scale collectors speed is thus in the usual training of Collectors limits the axial length of the collectors.

Es sind Preßkollektoren mit großer axialer Länge bekannt, bei denen axial mittig auf der Innenseite der Lamellen eine Aus nehmung mit beidseitig angeordneten sich axial erstreckenden Nuten vorgesehen ist. Auf die durch die radial innen liegende Nutwandung gebildete Schulter ist hierbei jeweils ein Spannring aus Stahl aufgesetzt. Ein solcher Preßkollektor wird aus Lamellen hergestellt, die mit einer entsprechenden Ausstanzung versehen sind. Beim Zusammensetzen des Kollektorringes werden in die radiale Ausnehmung in dem Zwischenraum zwischen den Nuten die Spannringe eingesetzt. Nach dem Aufziehen der Preßringe auf den Kollektorring werden die Spannringe dann auf die Spannschultern aufgebracht, vorzugsweise aufgeschrumpft. Beim Aufschrumpfen müssen die Spannringe auf Schrumpftemperatur erwärmt werden. Durch diese Art der Montage ist die auf dem Spannring aufzu bringende Isolierung, über die zudem die Spannkräfte auf die Spannschulter zu übertragen sind, in hohem Maße gefährdet.Press collectors with a large axial length are known for off axially in the middle on the inside of the slats Take with axially extending on both sides Grooves is provided. On the radially inside Groove wall formed shoulder is a clamping ring made of steel. Such a press collector is made of fins manufactured, which are provided with a corresponding punching are. When assembling the collector ring are in the radial recess in the space between the grooves Clamping rings used. After pulling the press rings on the The clamping rings are then put on the clamping shoulders applied, preferably shrunk. When shrinking the clamping rings must be heated to shrink temperature. This type of assembly means that it is opened on the clamping ring bringing insulation, via which the clamping forces on the Clamping shoulder to be transferred are at high risk.

Bei diesem Herstellungsverfahren ist eine Bearbeitung der Spann schulter nicht möglich. Es besteht daher die Gefahr, daß die Spannkraft auf die einzelnen Lamellen nicht gleichmäßig wirkt. Dadurch kann es im Betrieb bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten zu einer Verformung einzelner Lamellen kommen.This manufacturing process involves machining the clamp shoulder not possible. There is therefore a risk that the Clamping force does not act evenly on the individual slats. This can lead to high circumferential speeds during operation deformation of individual lamellae.

Das Problem der Fliehkräfte bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten ist bei den bekannten Doppelkommutatoren gelöst. Hier sind jeweils zwei kurze Kollektoren axial hintereinander angeordnet und über Brücken miteinander verbunden, die in Schlitze einge lötet sind, die von den angrenzenden Stirnseiten der Lamellen ausgehend in diese eingearbeitet sind. Um zu einem einwandfreien Fluchten der Segmente der beiden Kollektoren eines Doppel kollektors zu gelangen, das für eine einwandfreie Kommutierung notwendig ist, ist es bekannt, die beiden Kollektoren in der Weise herzustellen, daß die Segmente der Kollektoren zunächst in der Gesamtlänge der beiden Kollektoren geschichtet und in zwei voneinander trennbaren, in der Umfangsrichtung zueinander fest gelegte Einrichtungen zusammengepreßt, dann in zwei Teile zer schnitten und als getrennte Kollektoren bearbeitet werden. Die so hergestellten Kollektoren werden dann in der ursprünglichen Ausrichtung auf einer Befestigungsbuchse oder der Maschinenwelle zusammengesetzt, worauf dann die Verbindungsbrücken eingelötet werden. Derartig hergestellte Doppelkollektoren haben zwar die für eine einwandfreie Kommutierung notwendige genaue Fluchtung der axial hintereinander liegenden Segmente. Sie haben aber eine größere axiale Baulänge als elektrisch erforderlich (DE-PS 5 12 734 und 8 90 227).The problem of centrifugal forces at high peripheral speeds is solved in the known double commutators. Here are two short collectors arranged axially one behind the other and connected to each other by bridges that turned into slots are soldered by the adjacent faces of the slats are incorporated into them. To be a flawless Alignment of the segments of the two collectors of a double collector to get that for proper commutation is necessary, it is known the two collectors in the Way to produce that the segments of the collectors first in the total length of the two collectors layered and in two separable from each other, fixed in the circumferential direction to each other placed facilities pressed together, then in two parts cut and processed as separate collectors. The so Manufactured collectors are then in the original Alignment on a mounting bush or the machine shaft assembled, whereupon the connecting bridges are soldered will. Double collectors manufactured in this way have the Precise alignment necessary for perfect commutation of the axially successive segments. But you have one greater axial length than electrically required (DE-PS 5 12 734 and 8 90 227).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Kollektoren großer axialer Länge zu schaffen, die für hohe Umfangsgeschwindigkeiten ausgelegt sind und mit hoher Genauigkeit herstellbar sind. The object of the invention is to provide a method for producing To create collectors of great axial length that are suitable for high Circumferential speeds are designed and with high accuracy are producible.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die im kenn zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 herausgestellten Merk male.This object is achieved according to the invention by the in drawing part of claim 1 exposed note times.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.Appropriate embodiments of the method are the subject of Subclaims.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und wird im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated in the drawing, for example and will be described in more detail below with reference to the drawing described.

Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch einen Schraubkollektor. Fig. 1 shows an axial section through a screw collector.

Fig. 2 zeigt einen Axialschnitt durch einen Preßkollektor. Fig. 2 shows an axial section through a press collector.

Der in Fig. 1 dargestellte Kollektor weist einen Kollektorring 2 auf, in den an den gegenüberliegenden Stirnseiten 4 Ringnuten 6 eingearbeitet sind, die hier im Querschnitt spitz zulaufend ausgebildet sind und durch die Spannschultern 10 gebildet werden. In diese stirnseitigen Nuten 6 greifen Spannringe 8 mit einem die radial innen liegende Spannschulter 10 übergreifenden Vorsprung 12 ein. Auf dem Vorsprung 12 des Spannringes 8 ist eine Iso lierung aufgesetzt, durch die die Lamellen des Kollektorringes elektrisch gegen die metallischen Spannringe 8 isoliert werden. Die Spannringe sind über Spannschrauben axial gegeneinander ver spannt. Der Durchmesser D der Bohrung 18 der Spannringe 8 ent spricht dem Wellendurchmesser der elektrischen Maschine. Insoweit entspricht der Kollektor einer üblichen Bauweise.The collector shown in FIG. 1 has a collector ring 2 , into which 4 annular grooves 6 are incorporated on the opposite end faces, which here are tapered in cross-section and are formed by the clamping shoulders 10 . Clamping rings 8 engage in these end grooves 6 with a projection 12 which overlaps the radially inner clamping shoulder 10 . On the projection 12 of the clamping ring 8 Iso lation is placed, through which the fins of the collector ring are electrically isolated from the metal clamping rings 8 . The clamping rings are axially clamped against each other via clamping screws. The diameter D of the bore 18 of the clamping rings 8 corresponds to the shaft diameter of the electrical machine. In this respect, the collector corresponds to a common design.

Gemäß der Erfindung wird der fertig zusammengesetzte und mit Preßringen gehalterte Kollektorring 2 quer zur Achse an Trenn stellen 20 in zwei oder mehr im wesentlichen gleich lange Abschnitte 22, 24 unterteilt. Im Bereich der Trennstellen sind beim Stanzen der Lamellen aus den Lamellen Nuten oder Ausnehmun gen ausgestanzt, die von der Unterseite der Lamellen ausgehen und schwalbenschwanzartig ausgebildet sind. Die Hinterschneidungen sind dabei entsprechend dem Querschnitt der Ringnuten ausge bildet. In den so in den an die Trennfläche 20 angrenzenden Stirnseiten des Kollektorringes gebildeten axialen Nuten 26 werden nach dem Trennen wenigstens die Spannschultern überdreht. Auf den Spannschultern 28 sind Spannringe 30 angeordnet, die wiederum mit einer üblichen Isolierung 14 versehen sind. Diese Spannringe, die im wesentlichen den Spannringen 8 entsprechen, werden mit den Spannringen 8 am anderen Ende des Kollektorab schnittes 22 bzw. 24 über die Spannschrauben verspannt, die sich hier dann lediglich über die Länge des Kollektorringabschnittes erstrecken. Zwischen den Spannringen 30, die mit ihren Rückseiten nicht über die Enden der Kollektorringabschnitte an der Trennfläche 20 vorstehen, ist zweckmäßig ein Zentrierring 34 vorgesehen, der an einem der Spannringe ausgebildet sein und in eine entsprechende Nut 35 am gegenüberliegenden Spannring ein greifen kann. Es können aber auch in beiden Spannringen konzen trische Nuten angeordnet werden, in die dann ein gesonderter Zentrierring eingelegt wird.According to the invention, the fully assembled and held with press rings collector ring 2 transverse to the axis at separating points 20 into two or more sections 22 , 24 of substantially the same length. In the area of the separation points, when punching the slats from the slats, grooves or recesses are punched out, which emanate from the underside of the slats and are dovetail-shaped. The undercuts are formed out according to the cross section of the ring grooves. In the axial grooves 26 formed in the end faces of the collector ring adjoining the separating surface 20, at least the tensioning shoulders are turned over after the separation. Clamping rings 30 are arranged on the clamping shoulders 28 , which in turn are provided with conventional insulation 14 . These clamping rings, which essentially correspond to the clamping rings 8 , are clamped with the clamping rings 8 at the other end of the Kollektorab section 22 or 24 via the clamping screws, which then only extend over the length of the collector ring section. Between the clamping rings 30 , which do not protrude with their rear sides over the ends of the collector ring sections on the separating surface 20 , a centering ring 34 is expediently provided, which is formed on one of the clamping rings and can engage in a corresponding groove 35 on the opposite clamping ring. But it can also be arranged concentric grooves in both clamping rings, in which a separate centering ring is then inserted.

Auf die radial außen liegenden Teile der Isolierung 14 sind Spannringe 36 aufgesetzt, die diesen Teil der Isolierung gegen die Fliehkräfte bei den hohen Umfangsgeschwindigkeiten sichern.Clamping rings 36 are placed on the radially outer parts of the insulation 14 , which secure this part of the insulation against the centrifugal forces at the high peripheral speeds.

Nach dem Verspannen der Lamellen der einzelnen Kollektorring abschnitte werden die Kollektorringabschnitte wieder zusammen gesetzt, in der ursprünglichen Lage zueinander ausgerichtet und an der Trennfläche durch stirnseitige Schweißung oder Lötung wieder verbunden. Eine Verschweißung erfolgt zweckmäßig durch Elektronenstrahlschweißung. Die Lötung kann eine Weichlötung sein. Nach dem Verbinden der Kollektorringabschnitte wird die Kollektoraußenseite auf ihr Fertigmaß bearbeitet. After tightening the slats of the individual collector ring sections, the collector ring sections are put together again set, aligned in the original position and at the interface by welding or soldering on the face reconnected. Welding is advantageously carried out by Electron beam welding. The soldering can be soft soldering be. After connecting the collector ring sections, the Machined the outside of the collector to its finished dimensions.

Zur Verringerung der Fliehkräfte sind in den Kollektorlamellen an den Stellen, die jeweils im mittleren Bereich der Kollektorring abschnitte 22, 24 liegen, Bohrungen 38 vorgesehen, durch die die Masse im durch die Fliehkräfte besonders beanspruchten mittleren Bereich der Lamellen zwischen den Abstützungen verringert wird.To reduce the centrifugal forces, bores 38 are provided in the collector lamellae at the points 22 , 24 in the central region of the collector ring sections, through which the mass in the central region of the lamellae between the supports, which is particularly stressed by the centrifugal forces, is reduced.

Gefährdet ist weiter der Anschlußbereich 40 des Kollektorringes, an dem die Anschlußfahnen 42 angeordnet sind, durch deren Masse. Auf diesen Abschnitt wird vorzugsweise eine Ringbandage 44 auf gepreßt, die aus kunstharzgebundenen Fasern gewickelt, aber auch ein isolierter Stahlring sein kann.The connection area 40 of the collector ring, on which the connection lugs 42 are arranged, is further endangered by their mass. An annular bandage 44 , which is wound from synthetic resin-bonded fibers, but can also be an insulated steel ring, is preferably pressed onto this section.

Um ein Eindringen von Staub in die stirnseitigen Nuten 6 zu verhindern, sind auf die Spannringe 8 außen Abdeckringe 46 auf gesteckt, die sich radial außerhalb der Nuten 6 gegen die Stirn seiten 4 des Kollektorringes anlegen.In order to prevent dust from penetrating into the end grooves 6 , cover rings 46 are placed on the clamping rings 8 on the outside, which are placed radially outside the grooves 6 against the end faces 4 of the collector ring.

Wie ohne weiteres ersichtlich, kann ein Kollektor, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, auch in mehr als zwei Abschnitte unterteilt sein, abhängig von der gewünschten Axiallänge des Kollektors und den auf diesen wirkenden Fliehkräften.As can be easily seen, a collector, as shown in FIG. 1, can also be divided into more than two sections, depending on the desired axial length of the collector and the centrifugal forces acting on it.

Bei dem Preßkollektor nach Fig. 2 ist der Kollektorring wiederum an einer quer zur Achse liegenden Trennfläche 20 in zwei oder mehr Kollektorringabschnitte 22, 24 unterteilt. Aus den Lamellen sind auch hier im Bereich der vorgesehenen Trennstelle 20 Aus nehmungen ausgestanzt, die von der Unterseite der Lamellen aus gehen und schwalbenschwanzartig ausgebildet sind. Durch diese Ausnehmungen werden in den an die Trennfläche 20 angrenzenden Stirnseiten der Kollektorringabschnitte ausgehende Nuten 48 gebildet. Die Nuten 48 haben hierbei radial außen eine im wesent lichen zylindrische Wandung 50, während die radial innen liegende Wandung 52 vorzugsweise eine Konusmantelfläche mit dem halben Konuswinkel α ist und eine Spannschulter bildet, die mechanisch auf Fertigmaß bearbeitet wird. In den Nuten 48 sind auf die Spannschultern Spannringe 54 aufgepreßt, deren Innendurchmesser konisch mit einem Konuswinkel von 2 α ausgebildet ist. Der Winkel α wird so gewählt, daß der Spannring 54 nach dem Auf pressen jeweils selbsthemmend gehaltert ist. Die radial außen liegende Fläche des Spannringes 54 kann im wesentlichen zylin drisch sein. Sie hat einen Durchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser der Nut 48. Im Bereich der axialen äußeren Enden des Kollektorringes sind entsprechend ausgebildete Spannschultern und Spannringe vorgesehen.In the Preßkollektor of FIG. 2, the collector ring is in turn subdivided in a direction transverse to the axis separating surface 20 in two or more collector ring portions 22, 24. From the lamellae 20 recesses are punched out in the area of the provided separation point, which go from the underside of the lamellae and are dovetail-shaped. Outgoing grooves 48 are formed by these recesses in the end faces of the collector ring sections adjoining the separating surface 20 . The grooves 48 have a radially outer cylindrical wall 50 in wesent union, while the radially inner wall 52 is preferably a conical outer surface with half the cone angle α and forms a clamping shoulder which is machined to finished dimensions. In the grooves 48 clamping rings 54 are pressed onto the clamping shoulders, the inner diameter of which is conical with a cone angle of 2 α . The angle α is chosen so that the clamping ring 54 is held self-locking after pressing. The radially outer surface of the clamping ring 54 can be substantially cylindrical. It has a diameter that is smaller than the outer diameter of the groove 48 . Appropriately designed clamping shoulders and clamping rings are provided in the area of the axial outer ends of the collector ring.

Die axiale Lage der Nut 48 ist so gewählt, daß die Spannringe 54 etwa auf einem Viertel der Länge der Kollektorringabschnitte 22, 24 liegen. Auf diese Weise werden beim fertigen Kollektorring die Fliehkräfte im wesentlichen in gleichen Abständen aufge nommen, die jeweils der halben Länge der Kollektorringabschnitte 22, 24 entsprechen.The axial position of the groove 48 is chosen so that the clamping rings 54 lie approximately on a quarter of the length of the collector ring sections 22 , 24 . In this way, the centrifugal forces are taken up at substantially the same intervals in the finished collector ring, each corresponding to half the length of the collector ring sections 22 , 24 .

Nach dem Einpressen der Spannringe 54, die aus kunstharzgebunden hochfesten Fasern gewickelt, aber auch Stahlringe mit einer Isolierung sein können, werden die Kollektorringabschnitte wieder in ihrer ursprünglichen Lage zueinander ausgerichtet. Die Lamellen werden dann an der Trennstelle stirnseitig durch Löten oder Schweißen wieder verbunden. In den so wiederhergestellten Kollektorring wird dann in bekannter Weise eine Buchse 58 aus einem Kunstharz mit entsprechenden Isoliereigenschaften ein gespritzt oder gepreßt. Das Kunstharz erfüllt dabei auch die sich vom Innendurchmesser 60 nach außen radial erstreckenden Räume 62, 64 einschließlich der Ringräume radial auswärts der Spannringe 54. Durch die Kunstharzbuchse 58 werden dabei die Spannringe 54 zusätzlich in ihrer Lage gesichert. Um den Kollektorring in der Spritzgießform zu zentrieren, können Zentrierringe 66 vorgesehen sein, die vorzugsweise an den Spannringen 54 eingreifen. Diese Zentrierringe 66 sind mit Durchbrüchen versehen, um ein unge hindertes Fließen des Kunstharzes beim Einspritzen zu ermöglichen.After pressing in the tension rings 54 , which are wound from synthetic resin-bonded high-strength fibers, but can also be steel rings with insulation, the collector ring sections are aligned with one another again in their original position. The fins are then reconnected at the separation point by soldering or welding. A bushing 58 made of a synthetic resin with corresponding insulating properties is then injected or pressed into the collector ring thus restored in a known manner. The synthetic resin also fulfills the spaces 62 , 64 which extend radially outward from the inner diameter 60 , including the annular spaces radially outward of the clamping rings 54 . The clamping rings 54 are additionally secured in their position by the synthetic resin bushing 58 . In order to center the collector ring in the injection mold, centering rings 66 can be provided, which preferably engage on the clamping rings 54 . These centering rings 66 are provided with openings to allow the resin to flow freely when injected.

In die Kunstharzbuchse 58 wird dann eine Metallbuchse 68 ein gesetzt, die hier mit radial einwärts gerichteten Lamellen 70 versehen ist, mit deren Innenflächen 72 der Kollektor auf der Maschinenwelle aufsitzt. Durch die Lamellen werden Kühlluft durchgänge gebildet.In the resin bushing 58 , a metal bushing 68 is then inserted, which is here provided with radially inwardly directed fins 70 , with the inner surfaces 72 of which the collector sits on the machine shaft. Cooling air passages are formed through the fins.

Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 2 können in den Lamellen in der Mitte der Lamellenabschnitte zur Massereduzierung Aus nehmungen 70 angebracht sein.Also in the embodiment according to FIG. 2, recesses 70 can be fitted in the lamellae in the middle of the lamella sections for mass reduction.

Claims

1.Procedure for the production of collectors of great axial length for dynamo-electrical machines, in which ring grooves are provided in the collector ring on the end face and between the collector ring-shaped intermediate supports with clamping shoulders, in which the compressed collector ring cuts into at least two sections of approximately the same length ( 22 , 24 ) is divided at a separation point ( 20 ) in the region of an intermediate support transversely to its axis and the clamping shoulders ( 28 ; 52 ) in the end faces of the collector ring sections adjoining the separation point (s) are rotated to the finished dimension so that in the Grooves are applied to the clamping shoulders of the grooves clamping rings ( 30 ) and that the collector ring sections in the original position are aligned with each other and electrically conductive connections are made at the point of separation between the end faces of the lamellae, characterized in that the collector sections de up to the frontal contact r Slats are pushed together and the slats are connected on the front side by soldering or welding.

2. The method according to claim 1 for the production of a screw collector, characterized in that in the clamping shoulders ( 10 , 28 ) on the end faces of the collector ring sections overlapping clamping rings ( 8 , 30 ) are placed, which protrude radially inward over the collector ring bore, that these clamping rings are axially clamped by screws ( 16 ) and that the collector ring sections are then reconnected in the area of the separation point.

3. The method according to claim 1 for the manufacture of a press collector torsion, characterized in that clamping rings ( 54 ) are pressed onto the overturned surfaces of the clamping shoulders ( 52 ) of the collector ring sections, that the collector ring sections ( 22 , 24 ) are then reconnected in the region of the separation point are and that after connecting the collector ring sections in the collector ring a plastic sleeve ( 58 ) is injected.

4. The method according to claim 3, characterized in that tension rings ( 54 ) wound from fibers bonded with synthetic resin are used.

5. The method according to claim 3, characterized in that insulated steel rings ( 54 ) are provided as clamping rings on their contact surfaces.

6. The method according to claim 3, characterized in that the bearing surface of the clamping rings ( 54 ) is machined conically with a cone angle ( 2 α ) in the self-locking area.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that lamellae are used for the production of the collector rings, which are provided substantially in the middle of the collector ring sections produced by the division with recesses ( 38 , 70 ) to reduce the mass.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that on the collector ( 2 ) to the connection flags ( 42 ) adjacent an annular bandage ( 44 ) is pressed.

9. The method according to claim 2, wherein the clamping rings ( 8 , 30 ) are metal rings and an insulating layer ( 14 ) is inserted between the engaging in the grooves projections ( 12 ) and the clamping shoulders, which overlaps the projection of the clamping rings on both sides, thereby characterized in that a clamping ring ( 36 ) is placed radially on the outside of the insulation.