DE3245699C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kommutator der Gewölbedruckbauart, welcher die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruches 1 aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kommutators.

Bei Kommutatoren der Gewölbedruckbauart haben die Armierungs­ ringe die Aufgabe, den Segmentverband nicht nur im ruhenden Zustand, sondern auch unter der im Betrieb auftretenden ther­ mischen und dynamischen Belastung unter einem so hohen Gewölbe­ druck zu halten, daß sich die einzelnen Segmente nicht relativ zueinander verschieben können. Häufig werden bei derartigen Kommutatoren als Armierungsringe Schrumpfringe verwendet, die in Ringnuten eingelegt werden, welche in die beiden Stirnseiten des Segmentverbandes eingearbeitet werden müssen. Ehe diese Ringnuten auf einer Drehmaschine eingestochen werden können, muß der aus den Segmenten und den in ihrer Form gleichen Iso­ lierlamellen zusammengefügte Segmentverband zum Zwecke der Formierung in eine dickwandige Druckbuchse eingepreßt werden. Die Fertigungskosten sind deshalb bei solchen Kommutatoren relativ hoch. Ihr Einsatzbereich ist somit auf qualitativ an­ spruchsvolle Maschinen beschränkt. Ferner ist nachteilig, daß Armierungsringe nur an den beiden Enden des Segmentverbandes vorgesehen werden können und deshalb vielfach aus mechanischen Gründen die radiale Abmessung der Segmente und damit auch der Außendurchmesser des Kommutators größer gewählt werden muß, als dies aus elektrischen Gründen notwendig wäre.

Im Vergleich hierzu kostengünstiger ist ein bekannter Kommutator der eingangs genannten Art (DE-OS 30 48 470), da bei ihm die Ringnuten zur Aufnahme der Armierungsringe durch Ausstanzungen der Segmente und Isolierlamellen gebildet sind. Außerdem ermög­ licht es dieser Kommutator, wenigstens eine sich von der Innen­ mantelfläche des Segmentverbandes in diesen hinein erstreckende Ringnut vorzusehen. Der erreichbare Gewölbedruck ist jedoch relativ gering. Zum einen ist dies darauf zurückzuführen, daß die Armierungsringe spannungslos in die Ringnuten eingelegt werden müssen. Die Ausstanzungen der Isolierlamellen sind nämlich so geformt, daß sie den eingelegten Armierungsring im Abstand von den durch die Segmente gebildeten Begrenzungsflächen der Ringnut halten, damit der nach dem Einlegen der Armierungsringe einzubringende Preßstoff in die Ringnuten eindringen und dort eine Ummantelung der Armierungsringe bilden kann. Zum anderen darf beim Eindrücken des Segmentverbandes in die Preßform kein hoher Gewölbedruck aufgebaut werden, da nach seinem Auspressen mit Preßstoff und Ausstoßen aus der Preßform die Aufweitung des Segmentverbandes auf einen Wert begrenzt bleiben muß, bei dem der Preßstoff noch nicht reißt. Die Spannung der Armie­ rungsringe, welche nur durch die Aufweitung des Segmentverbandes erreicht wird, bleibt deshalb gering, was bedeutet, daß auch der Gewölbedruck und die radiale Vorspannung einer gegebenenfalls die Segmente in radialer Richtung abstützenden Nabe oder Welle keine hohen Werte erreichen können.

Eine noch geringere mechanische und thermische Belastbarkeit hat ein anderer bekannter Kommutator (DE-PS 8 56 654), obwohl er mehrere, in Kommutatorlängsrichtung im Abstand nebeneinander angeordnete Armierungsringe aufweist. Die erzielbare Flächen­ pressung zwischen den Segmenten und Isolierlamellen liegt bei diesem Kommutator jedoch weit unter denjenigen Werten, welche sich bei Kommutatoren der Gewölbedruckbauart erreichen lassen.

Dies ist darauf zurückzuführen, daß zwischen Spannschienen, welche die aufgeweiteten oder erwärmten Armierungsringe fest­ halten, radial von außen her zunächst die Segmente eingeführt und dann axial so weit verschoben werden müssen, daß durch Ausstanzungen gebildete Halteansätze die Armierungsringe hinter­ greifen. Anschließend müssen zwischen die Segmente die Isolier­ lamellen eingebracht werden, was nur möglich ist, wenn dabei keine nennenswerte Reibung auftritt. Wird anschließend mit Hilfe von eingepreßter Isoliermasse der Segmentverband zum Zwecke des Spannens der Armierungsringe aufgeweitet, dann ist keinerlei Flächenpressung zwischen den Segmenten und den Isolier­ lamellen vorhanden. Die Flächenpressung ist aber auch dann nur sehr gering, wenn die eingebrachte Isoliermasse, welche auch die Freiräume radial innerhalb der Halteansätze ausfüllt, den Segmentverband nicht aufweitet, da bei einer Freigabe der gespannten Armierungsringe die in den Freiräumen sich über den gesamten Umfang erstreckende, ausgehärtete Isoliermasse unter zunehmendem Aufbau einer Tangentialspannung einer Durch­ messerreduzierung des Segmentverbandes entgegenwirkt. Diese Reduzierung ist aber weit geringer als beim Formieren des für einen Kommutator der Gewölbedruckbauart bestimmten Segmentver­ bandes. Ein derartiger Kommutator ist deshalb einem armierungs­ losen Preßstoffkommutator nur insofern überlegen, als die Armie­ rungsringe die Verankerung der Segmente unterstützen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kommutator der Gewölbedruckbauart zu schaffen, mit dem sich eine hohe dynamische und thermische Belastbarkeit erreichen läßt, der aber dennoch kostengünstig hergestellt werden kann. Diese Aufgabe löst ein Kommutator mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Die erfindungsgemäße Kommutatorbauweise ermöglicht es, den Segmentverband vor dem Einbringen der Armierungsringe in die Ringnuten in seinem Durchmesser so weit zu reduzieren, daß ein Gewölbedruck erreicht wird, welcher beträchtlich über demje­ nigen liegt, den der fertige Kommutator aufweisen soll. Die Aufweitung des Segmentverbandes, die er bei der Freigabe aus der Druckbuchse oder dergleichen erfährt, reicht daher aus, die Armierungsringe so weit zu spannen, daß der gewünschte Gewölbedruck oder, falls eine radiale Vorspannung einer den Segmentverband tragenden Nabe oder Welle gewünscht ist, der erforderliche Vorspannungswert aufrechterhalten wird. Man kann jedoch die Spannringe auf ihre Sitze auch aufpressen oder auf­ schrumpfen, wodurch die Armierungsringe bereits ohne eine Aufwei­ tung des Segmentverbandes eine hohe Vorspannung erhalten. Dazu, daß sich eine hohe Spannung der Armierungsringe erreichen läßt, trägt ferner bei, daß die Armierungsringe unmittelbar an der von den Segmenten gebildeten, polygonen Begrenzungsfläche der sie aufnehmenden Ringnut anliegen und deshalb nicht auf die Druckbelastbarkeit eines Preßstoffes Rücksicht genommen zu werden braucht. Ferner ist von erheblicher Bedeutung, daß die Spannung der Armierungsringe sowie die Höhe des Gewölbedruckes und die Größe der Aufweitung des Segmentverbandes nach dem Aufbringen der Armierungsringe nicht die Beanspruchung des Preßstoffes beeinflußt, welcher gegebenenfalls in den Segmentver­ band eingebracht wird, weil dieses Einbringen des Preßstoffes erst zu erfolgen braucht, nachdem die Armierungsringe ihre Spannung erhalten haben und der Segmentverband sich aufgeweitet hat. Dennoch läßt sich der erfindungsgemäße Kommutator kostengünstig herstellen, da die Ringnuten durch Ausstanzungen der Segmente gebildet werden und die Isolierlamellen radial außerhalb der Ringnut enden. Sie benötigen daher keine Ausstanzungen. Vielmehr können sie die Form eines rechteckförmigen Streifens haben und können deshalb für Segmente verwendet werden, die unter­ schiedliche Formen, insbesondere eine unterschiedliche Zahl und Form ihrer Ausnehmungen haben. Aber auch im Hinblick auf die thermische Belastbarkeit ist die Reduzierung der unter Gewölbespannung stehenden Fläche durch derartige Isolierlamellen vorteilhaft.

Die Armierungsringe können einen aus Stahl bestehenden Kern und einen aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen­ den Mantel haben. In diesem Falle ist der Armierungsring vor­ zugsweise gemäß Anspruch 5 ausgebildet. Die Armierungsringe können aber auch aus einem elektrisch isolierenden, faserver­ stärkten Kunststoff bestehen.

Jede der zur zentralen Längsachse des Segmentverbandes hin offenen Ringnuten kann zur Aufnahme nur eines oder auch zur Auf­ nahme von zwei Armierungsringen ausgebildet sein. Ihre Öffnung ist dann vorteilhafterweise gemäß den Ansprüchen 7 bzw. 8 aus­ gebildet.

Das hohe Spannvermögen von Armierungsringen aus einem faser­ verstärkten Kunststoff muß wegen ihrer im Vergleich zu Stahl­ ringen höheren Dehnung über einen erhöhten Spannweg erreicht werden. Für derartige Armierungsringe hat deshalb vorzugsweise der durch die Segmente gebildete Sitz jedes Ringes einen zur Öffnung der Ringnut hin kleiner werdenden Durchmesser, wobei die Neigung bezüglich der zentralen Längsachse im Bereich der Selbsthemmung liegt. Der Armierungsring kann dann auf seinen Sitz aufgepreßt werden, was bei Ringen aus Stahl mit einem Isolationsmantel wegen der Gefahr der Beschädigung dieses Mantels in der Regel nicht möglich ist. Ein Sitz mit einem Neigungswinkel, der außerhalb des Selbsthemmungsbereiches liegt, führt zwar zu einer noch stärkeren Vorspannung des aufzupres­ senden Ringes, macht es aber erforderlich, Elemente, vorzugs­ weise Widerhaken, an den Segmenten im Bereich des Sitzes vor­ zusehen, welche eine Bewegung des Armierungsringes gegen die Öffnung hin verhindern.

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kommutators anzugeben. Diese Aufgabe löst ein Verfahren gemäß Anspruch 11.

Dieses Verfahren läßt sich in einfacher und kostengünstiger Weise durchführen, da nach dem Zusammenfügen des Segmentver­ bandes und dem Einlegen der Armierungsringe in die Öffnung der zugeordneten Ringnut nur der Durchmesser des Segmentverbandes so weit reduziert zu werden braucht, bis jeder Armierungsring auf seinen Sitz aufgeschoben werden kann. Wenn dann die der Reduzierung des Durchmessers des Segmentverbandes dienende Krafteinwirkung auf den Segmentverband beendet wird, kann letzterer in bekannter Weise entweder zu einem Kommutator mit möglichst hohem Gewölbedruck oder zu einem Kommutator vervoll­ ständigt werden, bei dem die Vorspannung der Nabe und/oder Ankerwelle auf einem wesentlichen und vorbestimmten Spannungs­ anteil der Armierung beruht und alle Segmente des Segmentver­ bandes durch die Stützkräfte der Nabe und/oder Welle bei allen Betriebszuständen kraftschlüssig mit der Nabe und/oder Anker­ welle gekoppelt sowie bezüglich der Nabe und/oder Ankerwelle in radialer Richtung positioniert sind.

Die Verringerung des Durchmessers des Segmentverbandes auf einen das Aufschieben der Armierungsringe auf ihren Sitz ge­ stattenden Wert erfolgt vorzugsweise mit Hilfe einer konischen Buchse, über die der Segmentverband in eine dickwandige zylindrische Buchse eingepreßt wird.

Sofern eine noch höhere Vorspannung der Armierungsringe erwünscht ist, als sie erreichbar ist, wenn die Armierungsringe mit mög­ lichst geringem Spiel auf ihren Sitz aufgeschoben werden, kann man die Armierungsringe vor dem Aufschieben auf ihren Sitz in­ duktiv erwärmen. Der Durchmesser, den die Armierungsringe im kalten Zustand haben, kann dann um den Betrag der erwärmungs­ bedingten Durchmesservergrößerung kleiner gewählt werden. Um diejenige Vorspannung, welche die Armierungsringe beim Auf­ schrumpfen auf ihren Sitz erreichen, ist dann die gesamte Vor­ spannung größer, welche die Armierungsringe haben, nachdem die zum Zwecke der Durchmesserverringerung auf den Segmentverband ausgeübte Krafteinwirkung beendet worden ist. Um bei einer solchen induktiven Erwärmung, welche vorzugsweise mittels eines in die Bohrung des Segmentverbandes eingeführten Ring­ induktors eines Mittelfrequenzgenerators erfolgt, zu verhindern, daß sich der Durchmesser der den Segmentverband aufnehmenden Buchse während des Arbeitsvorgangs verändert, wird vorzugsweise eine Buchse aus einem antimagnetischen Stahl, z. B. einem anti­ magnetischen V2A-Stahl verwendet. Außerdem wird bei einer be­ vorzugten Ausführungsform diese Buchse mit einer Wasserkühlung mit Hilfe eines Wärmefühlers auf einer konstanten Temperatur gehalten.

Sofern die Armierungsringe aus einem faserverstärkten Kunst­ stoff bestehen, ist es im Hinblick darauf, daß solche Armie­ rungsringe nicht aufgeschrumpft werden können und die Erzielung einer bestimmten Vorspannung einen höheren Spannweg erforderlich macht als bei einem Stahlring, zweckmäßig, diese Armierungs­ ringe auf ihre Sitze in axialer Richtung unter gleichzeitiger Aufweitung aufzupressen. Damit läßt sich auch mit solchen Ar­ mierungsringen eine relativ hohe Vorspannung erreichen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine unvollständige Stirnansicht des lose zusammengefügten Segmentverbandes eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Segmentes des Seg­ mentverbandes gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen unvollständig dargestellten Längsschnitt des von seinen Armierungsringen unter Gewölbe­ druck gehaltenen Segmentverbandes des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 4 eine unvollständig dargestellte Stirnansicht entsprechend Fig. 1 des in Fig. 3 darge­ stellten Segmentverbandes,

Fig. 5 einen unvollständig dargestellten Längsschnitt des aus dem Segmentverband gemäß Fig. 3 herge­ stellten Kommutators,

Fig. 6 eine unvollständig dargestellte Stirnansicht dieses Kommutators,

Fig. 7 eine Seitenansicht eines abgewandelten Aus­ führungsbeispiels eines Segmentes für einen erfindungsgemäßen Kommutator,

Fig. 8 einen unvollständig dargestellten Längsschnitt eines Segmente gemäß Fig. 7 aufweisenden Kommu­ tators,

Fig. 9 einen unvollständig dargestellten Längsschnitt eines Kommutators mit Armierungsringen aus faserverstärktem Kunststoff,

Fig. 10 einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht einer abgewandelten Ausführungsform eines Segmentes sowie einen unvollständig dargestellten Schnitt des zugehörigen Armierungsringes aus faserver­ stärktem Kunststoff vor dem Aufpressen auf seinen Sitz,

Fig. 11 einen schematisch und unvollständig dargestellten Längsschnitt durch einen Segmentverband und eine Vorrichtung zur Herstellung eines armierten Seg­ mentverbandes für die Verwendung von Armierungs­ ringen aus Stahl,

Fig. 12 einen Längsschnitt entsprechend Fig. 11 für die Herstellung eines mit Ringen aus faserverstärk­ tem Kunststoff armierten Segmentverbandes.

Bei der Herstellung des in den Fig. 1 bis 6 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kommutators wird von gleich ausgebildeten Segmenten 1 ausgegangen, wie sie beispielsweise Fig. 2 zeigt. Diese Segmente 1 werden von einem Profilstrang aus Kupfer abgelängt. Dabei werden gleichzeitig eine zum einen Ende hin offene Ausnehmung 2 sowie drei gleich ausgebildete Ausnehmungen 3 ausgestanzt. Diese Aus­ nehmungen 2 und 3 sind über die Länge des Segmentes 1 verteilt angeordnet. Ihr Abstand voneinander ist, wie die Fig. 2 bis 5 zeigen, relativ gering. Daher ist es trotz der hohen dynamischen Belastung, welcher der Kommutator ausgesetzt werden kann, möglich, die in radialer Richtung des Kommutators gemessene Höhe der Segmente 1 und damit auch der Abmessung zwischen den Ausnehmungen 2 und 3 sowie der Außenmantelfläche des Kommutators sehr gering zu halten.

Die Ausnehmungen 3, die ebenso wie die Ausnehmung 2 einen an­ nähernd rechteckförmigen Querschnitt haben, sind durch je eine hakenartige Materialplatte 4 des Segmentes auf einem Teil ihrer Länge zur zentralen Längsachse des Kommutators hin ge­ schlossen. An diese Materialpartie 4 schließt sich in Kommu­ tatorlängsrichtung je eine Öffnung 5 an, deren axiale Länge größer ist als diejenige der Materialpartie 4. Wie die Fig. 2 und 5 zeigen, erweitert sich die Öffnung 5 nach innen hin keil­ förmig, wobei die eine Flanke der Öffnung 5 die Verlängerung der einen stirnseitigen Begrenzung der Ausnehmung 3 bildet.

Durch diese Form der Ausnehmungen 3 können in die Öffnungen 5, welche nach dem Zusammenfügen aller Segmente 1 sowie je einer zwischen je zwei benachbarte Segmente 1 einzulegenden Isolier­ lamelle 6 zu einem losen Segmentverband ebenso wie die Ausneh­ mung 2 je eine Ringnut bilden, je ein als Ganzes mit 7 bezeich­ neter Armierungsring eingelegt werden. Die Isolierlamellen 6 haben die Form eines rechteckförmigen Streifens. Wie die Fig. 1 bis 6 zeigen, erstrecken sie sich über die gesamte Länge der Segmente und von der Außenmantelfläche des Kommutators radial nach innen nahezu bis zu den Ausnehmungen 2 und 3. Eine solche Form der Isolierlamellen 6 trägt zu günstigen Fertigungskosten bei, und zwar auch im Hinblick darauf, daß diese Isolierlamellen für Segmente verwendbar sind, die eine unterschiedliche Zahl von Ausnehmungen sowie eine andere Form ihrer Ausnehmung, bei­ spielsweise eine Form gemäß Fig. 7, haben.

Die Armierungsringe 7 haben einen Kern 7′ aus Stahl sowie eine diesen Kern umgebende Isolation 7′′. Diese Isolation besteht aus einem sehr dünnen Band, das unter Überlappung der Randzonen um den Kern herumgewickelt ist und nicht nur eine hohe Isola­ tionsfähigkeit, sondern auch eine hohe Druckfestigkeit hat. Die Abmessungen der Ausnehmungen 2 und 3 sind auf die Abmessungen der Armierungsringe 7 so abgestimmt, daß letztere vollständig von demjenigen Teil der Ausnehmungen aufgenommen werden können, der durch die Materialpartie 4 nach innen geschlossen ist. Diese Materialpartien 4 bilden den Sitz für die Armierungsringe 7, welche im fertigen Kommutator unmittelbar auf ihrem Sitz unter hoher Pressung auf­ liegen. Da die Segmente 1 gestanzt sind, ist die Kontur dieser Sitze je ein Polygon.

Nachdem die Armierungsringe 7 in die Öffnungen 5 des noch losen Segmentverbandes eingebracht worden sind, wird der Segmentver­ band in eine dickwandige, in Fig. 11 dargestellte Druckbuchse 8, z. B. mit Hilfe einer konischen Buchse, eingepreßt. Bei diesem Ein­ pressen des Segmentverbandes in die Druckbuchse 8 wird der Durchmesser des Segmentverbandes auf einen vorbestimmten Wert reduziert, der von der Höhe des Gewölbedruckes abhängt, der bei dieser Durchmesserreduzierung im Segmentverband erzeugt werden soll. Sofern die Armierungsringe 7 nach Erreichen des gewünschten Durchmessers des Segmentverbandes auf ihre durch die Materialpartien 4 gebildeten Sitze nur aufgeschoben, nicht aufgeschrumpft werden sollen, wird der Innendurchmesser der Ar­ mierungsringe 7 so gewählt, daß zum Aufschieben auf die Sitze nur ein leichter Druck erforderlich ist. Die Isolation 7′′ wird dann nicht eingeschnitten oder in anderer Weise beschädigt. Das Einschieben der Armierungsringe 7 in die Ausnehmungen 3 er­ folgt dabei mit Hilfe von wenigstens drei gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneten Schiebeelementen 9, die radial aus­ fahrbar in einem Schiebestempel 10 angeordnet sind, der in die Bohrung des Segmentverbandes einführbar ist. Da die in axialer Richtung gemessene Weite der Öffnungen 5 größer ist als die Breite der Armierungsringe, können die Schiebeelemente 9 in Anlage an die eine Stirnseite der Armierungsringe 7 gebracht werden, wie dies Fig. 11 zeigt. Die Armierungsringe 7 ein­ schließlich desjenigen, der in die durch die Ausnehmungen 2 gebildete Ringnut einzuführen ist, werden nacheinander mittels der Schiebeelemente 9 des Schiebestempels auf ihren Sitz aufgeschoben.

Die Armierungsringe 7 können jedoch auch auf ihren Sitz aufge­ schrumpft werden. In diesem Falle bestehen sowohl der Schiebe­ stempel 10 als auch die Schiebeelemente 9 aus Isolierstoff. Außerdem weist der Schiebestempel 10 unmittelbar axial neben dem den Schiebeelementen 9 und damit in Höhe der Armierungs­ ringe 7 einen Ringinduktor 11 auf, der an einen Mittel­ frequenzgenerator angeschlossen ist. Der Innendurchmesser der Armierungsringe 7 wird in diesem Falle so gewählt, daß sich die Armierungsringe dann, wenn sie mittels des Ringinduktors 11 auf die vorbestimmte Temperatur erhitzt worden sind, ohne nennenswertes Spiel auf ihre Sitze aufschieben lassen. Bei der nachfolgenden Abkühlung erhalten dann die Armierungsringe eine beträchtliche Spannung.

Damit die Druckbuchse 8 durch den Ringinduktor 11 nicht eben­ falls induktiv erwärmt wird, besteht sie zumindest dann, wenn die Armierungsringe 7 auf ihre Sitze aufgeschrumpft werden, aus einem antimagnetischen Material, beispielsweise einem antimag­ netischen V2A-Stahl. Außerdem ist sie zur Vermeidung einer all­ mählichen Aufweitung durch die vom Segmentverband nach außen abströmende Wärme mit einer Wasserkühlung versehen, die von einem Wärmefühler gesteuert wird und die Druckbuchse 8 auf einer konstanten Temperatur hält.

Nach dem Aufschieben oder Aufschrumpfen der Armierungsringe 7 auf ihre Sitze wird der Segmentverband aus der Druckbuchse 8 ausgestoßen. Sind die Armierungsringe 7 nur aufgeschoben worden, dann weitet sich nun der Segmentverband unter Abbau seines Ge­ wölbedruckes so weit auf, bis ein Gleichgewicht zwischen der Spannung der Armierungsringe und der Expansionskraft des Seg­ mentverbandes erreicht ist. Bei aufgeschrumpften Armierungs­ ringen hängt es von der Vorspannung, welche die Armierungsringe nach dem Aufschrumpfen haben, ab, ob der Segmentverband nach dem Ausstoßen aus der Druckbuchse 8 eine Aufweitung erfährt. Der Gewölbedruck im Segmentverband kann deshalb hier auf einem wesentlich höheren Wert gehalten werden als im erstgenannten Falle.

Nunmehr kann der Segmentverband zur Fertigstellung des Kommu­ tators konzentrisch auf eine Nabe aufgesetzt und dann mit iso­ lierendem Preßstoff, welcher den Zwischenraum zwischen dem Ge­ wölbeverband und der Nabe sowie die Ausstanzungen 2 und 3, die Öffnungen 5, sowie die Zwischenräume zwischen den Segmenten 1 ausfüllt, vollgepreßt werden. Man erhält dann einen Preßstoff­ kommutator mit relativ hohem Gewölbedruck und somit hoher dy­ namischer Belastbarkeit.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Segmentverband durch Erwärmen sowie durch isolierenden Preßstoff 12, der zwischen den erwärmten Segmentverband und eine konzentrisch in diesem angeordnete Nabe 13 unter Druck eingebracht wird, bis zur Anlage an einer nicht dargestellten, dabei den Segment­ verband aufnehmenden Buchse aufzuweiten, wie dies in der DE-OS 30 48 470 beschrieben ist. Der Innendurchmesser dieser Buchse und damit das Maß der Aufweitung des armierten Segment­ verbandes ist hierbei so gewählt, daß nach dem Erkalten des Preßstoffes die Nabe 13 des Kommutators durch einen wesent­ lichen und vorbestimmten Spannungsanteil der Armierungsringe 7 vorgespannt ist. Hierbei werden selbstverständlich, wie Fig. 5 zeigt, die Ausnehmungen 2 und 3, die Öffnungen 5 sowie die Zwischenräume zwischen den Segmenten 1 vollständig mit Preß­ stoff gefüllt. Die Armierungsringe 7 liegen jedoch unmittelbar an ihren Sitzen an. Der Preßstoff hat hier also nicht die Auf­ gabe, eine Isolierung zwischen den Armierungsringen und den Seg­ menten zu bilden. Die Materialpartien 4, welche die Sitze für die Armierungsringe 7 bilden, werden dabei zwar durch die sich unter dem Druck des eingebrachten Preßstoffes mit dem Segment­ verband zusammen aufweitenden Armierungsringe zunehmend bean­ sprucht, jedoch gleichzeitig durch den in die Zwischenräume eingepreßten Preßstoff über das dadurch entstehende orthotrope Gewölbe wesentlich entlastet.

Für den Fall, daß der Segmentverband in der vorstehend be­ schriebenen Weise aufgeweitet wird, ist es von Vorteil, daß das Kraft-Wegverhältnis der Armierungsringe zu demjenigen des Segmentverbandes sehr groß ist und die Gewölbedruckfläche durch die über die Länge der Segmente in kurzen Abständen angeordneten Armierungsringe im Vergleich zur Gesamtquer­ schnittsfläche der Armierungsringe klein gehalten werden kann. Der sich nach dem Ausstoßen des Segmentverbandes aus der Druck­ buchse 8 einstellende Gewölbedruck kann daher so hoch gehalten werden, daß er auch nach der nachfolgenden Aufweitung noch eine ausreichende Größe hat. Gleichzeitig erhöht der erfindungs­ gemäße Kommutator in idealer Weise die Wirksamkeit zur Ein­ dämmung einer Warmdeformation dadurch, daß die Nabe durch die in kurzen Abständen im Segmentverband angeordneten Armierungs- bzw. Schrumpfringe durch deren wesentliche Spannungs­ anteile radial vorgespannt ist. Der erfindungsgemäße Kommutator zeichnet sich also durch besonders hohe dy­ namische und thermische Belastbarkeit aus.

Das in den Fig. 7 und 8 dargestellte, zweite Ausführungs­ beispiel unterscheidet sich von dem vorstehend beschrie­ benen Ausführungsbeispiel nur dadurch, daß bei den zur zentralen Längs­ achse des Kommutators hin offenen Ausnehmungen 103 der Segmente 101 die Öffnung 105 mittig angeordnet ist. Hierdurch weisen die Segmente 101 für jede Ausnehmung 103 zwei Materialpartien 104 auf, was es ermöglicht, in jede Ausnehmung 103 zwei Armierungs­ ringe 107 einzubringen. Wegen der übrigen Einzelheiten wird auf die Ausführungen zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 6 Bezug genommen, welche auch für dieses zweite Ausführungs­ beispiel gelten.

Bei den in den Fig. 9, 10 und 12 dargestellten Ausführungsbei­ spielen bestehen die Armierungsringe 207 aus einem faserver­ stärkten, elektrisch isolierenden Kunststoff. Die Festigkeits­ werte dieses Materials entsprechen denjenigen eines hochwer­ tigen Stahls. Um eine bestimmte Vorspannung zu erreichen, ist jedoch wegen der höheren Dehnung dieses Materials ein höherer Spannweg erforderlich.

Die Segmente 201 des Kommutators sind bis auf eine Ausnahme wie die Segmente 1 des ersten Ausführungsbeispiels ausgebildet. Diese Ausnahme besteht darin, daß die Materialpartien 204 keinen Sitz mit gleichbleibendem Durchmesser bilden, sondern je einen Sitz, dessen Durchmesser zum freien Ende der Material­ partie 204, also zur Öffnung 205 hin abnimmt. Die Innenmantel­ fläche der Armierungsringe 207 bildet einen korrespondierenden Konus. Der Neigungswinkel dieser Konusfläche und des zugeord­ neten Sitzes gegenüber der zentralen Längsachse des Kommutators ist dabei so gewählt, daß Selbsthemmung zwischen den Armierungs­ ringen und ihrem Sitz gewährleistet ist.

Nach dem Zusammenfügen des Segmentverbandes, welcher aus den Segmenten 201 und den streifenförmigen Isolierlamellen 206 be­ steht, und dem Einlegen der Armierungsringe 207 in die Öffnungen 205 wird der Segmentverband in eine Druckbuchse 208 eingepreßt. Dabei wird der Durchmesser auf den gewünschten Wert reduziert und der gewünschte Gewölbedruck erzielt. Wie Fig. 12 zeigt, ist der Innendurchmesser der Armierungsringe 207 so gewählt, daß die Armierungsringe unter Aufweitung auf den ihnen zugeord­ neten Sitz aufgeschoben werden können. Dieses mit relativ hoher Kraft folgende Aufschieben geschieht mit Hilfe eines aus Stahl bestehenden Druckstempels 210, der in die Bohrung des Segmentverbandes eingeführt werden kann, sowie mit Hilfe von wenigstens drei gleichmäßig über den Umfang verteilt an­ geordneten Schiebeelementen 209, die ebenfalls aus Stahl be­ stehen und wie die Schiebeelemente 9 in radialer Richtung aus dem Druckstempel 210 ausgefahren werden können. Die Form der Schiebeelemente 209 ist die gleiche wie diejenige der Schiebe­ elemente 9. Daher ist auch die Weite der Öffnungen 205 die gleiche wie diejenige der Öffnungen 5.

Nachdem alle Armierungsringe 207 auf ihre Sitze aufgepreßt worden sind, wird der Segmentverband aus der Druckbuchse 208, die aus einem Stahl besteht, der nicht antimagnetisch zu sein braucht, ausgestoßen. Ob und gegebenenfalls wie weit sich nun der Segmentverband aufweitet, hängt von der Vorspannung ab, den die Armierungsringe 207 bem Aufpressen auf ihren Sitz erhalten haben.

Die Weiterverarbeitung des armierten Segmentverbandes erfolgt beispielsweise in einem der in Verbindung mit dem Ausführungs­ beispiel gemäß den Fig. 1 bis 6 beschriebenen Verfahren.

Um die Sicherung der aus faserverstärktem Kunststoff bestehen­ den Armierungsringe 207 gegen ein Abrutschen von ihrem Sitz zu erhöhen oder einen Konuswinkel vorsehen zu können, der außerhalb der Selbsthemmung liegt, können, wie Fig. 10 zeigt, die durch die Materialpartien 204 gebildeten Sitze für die Armierungsringe mit Elementen versehen sein, welche einem Ab­ rutschen der Armierungsringe entgegenwirken. Bei diesen Ele­ menten kann es sich beispielsweise, wie Fig. 10 zeigt, um Widerhaken 214 handeln, welche bereits beim Stanzen der Aus­ nehmung erzeugt werden. Diese Widerhaken 214 dringen in den Armierungsring 207 ein und machen dadurch eine Verschiebung gegen das im Durchmesser kleinere Ende des Sitzes unmöglich.

Selbstverständlich kann der Kommutator auch fertiggestellt werden, indem der armierte Segmentverband direkt, d. h. ohne mit Preßstoff ausgepreßt zu sein, auf eine isolierte Nabe oder Welle aufgeschrumpft wird, oder aber entsprechend einem in der DE-OS 30 48 470 (Seite 17, Figur 7) angeführten Ver­ fahren mit der Nabe verbunden wird.

Im letztgenannten Falle kann die konische Form des Segment­ innenmantels auf einfache Weise durch eine entsprechend konische Ausbildung des späteren Innenrandes der Segmente (1; 10; 201) durch Stanzen, im Zuge der Bildung der Ausneh­ mungen (2; 3; 103), erreicht werden.

In diesen beiden Fällen sind die Segmente des Kommutators in ihrem der Kommutatorachse zugewandten Bereich, unterhalb den sie distanzierenden Isolierlamellen, "luftisoliert".

Claims (16)

1. Kommutator der Gewölbedruckbauart, in dessen aus Seg­ menten und zwischen diesen liegenden Isolierlamellen bestehen­ dem Segmentverband wenigstens eine zur Kommutatorlängsachse konzentrisch liegende, durch Ausstanzungen gebildete Ringnut vorgesehen ist, deren in Umfangsrichtung verlaufende Begren­ zungsfläche je ein Polygon definieren und in der ein unter Spannung stehender Armierungring liegt, dadurch gekennzeich­ net, daß der Armierungsring (7; 107; 207) unmittelbar an der die im Durchmesser kleinere Begrenzungfläche der Ringnut bilden­ den Materialpartie der Segmente (1; 101; 201) anliegt unter Auf­ rechterhaltung der Isolierung zwischen den Segmenten (1; 101; 201) durch Preßstoff oder Luft anstelle der radial außerhalb der Ringnut vorgesehenen Isolierung durch die Isolierlamellen (6; 206).

2. Kommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Ringnut sich von der Innenmantelfläche des Seg­ mentverbandes aus in diesen hinein erstreckt.

3. Kommutator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Segmenten (1; 101; 201) liegenden Isolierlamel­ len (6) die Form von Streifen haben, deren gegen die zentrale Längsachse weisender Rand auf seiner ganzen Länge einen Ab­ stand von der zentralen Längsachse hat, der mindestens gleich dem entsprechenden Abstand der radial außen liegenden Begren­ zungsfläche jeder vorhandenen Ringnut ist.

4. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Armierungsring (7; 107) einen aus Stahl bestehenden Kern (7′) und einen aus einem elektrisch isolie­ renden Material bestehenden Mantel (7′′) hat.

5. Kommutator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (7′′) des Armierungsrings (7) aus einem Band besteht, mit dem der Kern (7′) derart umwickelt ist, daß sich die Rand­ zonen aufeinanderfolgender Windungen überlappen.

6. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Armierungsring (207) aus einem elektrisch isolierenden, faserverstärkten Kunststoff besteht.

7. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die in axialer Richtung gemessene Weite der Öffnung (5) jeder zwischen den Stirnseiten liegenden, zur zen­ tralen Längsachse hin offenen Ringnut um einen zum Einführen von Schiebe- oder Druckelementen (9; 209) erforderlichen Betrag größer ist als die in axialer Richtung gemessene Breite des der Ringnut zugeordneten Armierungsrings (7; 107; 207).

8. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Öffnung (105) jeder zwischen den Stirn­ seiten des Segmentverbandes liegenden Ringnut zwischen zwei je einen der Armierungsringe (107) aufnehmenden Bereichen der Ring­ nut angeordnet ist und eine in axialer Richtung gemessene Weite hat, die um einen zum Einführen eines Schiebe- oder Druck­ elementes (9; 209) erforderlichen Betrag größer ist als die Summe der in axialer Richtung gemessenen Breite beider in der Ringnut anzuordnenden Armierungsringe (107).

9. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder der Anlage eines Armierungsringes (207) aus faserverstärktem Kunststoff dienenden Flächenbereiche der Ringnut oder Ringnuten einer zur Öffnung (205) in kleiner wer­ denden Durchmesser hat, wobei die Neigung bezüglich der zentra­ len Längsachse des Segmentverbandes im Bereich der Selbsthem­ mung liegt, und die Armierungsringe (207) einen korrespondie­ renden Konus als Innenmantelfläche haben.

10. Kommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der der Anlage des Armierungsringes (207) dienende, sich gegen die Öffnung (205) hin konusartig verjün­ gende Flächenbereich der Ringnut oder Ringnuten eine Bewegung des Armierungsringes (207) gegen die Öffnung (205) hin hemmende Elemente (214) aufweist.

11. Verfahren zur Herstellung eines Kommutators der Ge­ wölbedruckbauart nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem in wenigstens eine im Segmentverband vorhandene Ringnut ein Armierungsring eingebracht wird, der eine radiale Vorspannung erhält, dadurch gekennzeichnet, daß der Segmentverband in seinem Durchmesser vorübergehend mindestens so weit verringert wird, daß anschließend der Armierungsring in die durch Aus­ stanzungen der Segmente gebildete, zur zentralen Längsachse hin geschlossene, einen Sitz für den Armierungsring bildende Ringnut eingeschoben werden kann.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Segmentverband nach dem Einlegen des Armierungsringes in den zur zentralen Längsachse hin offenen Teil der Ringnut in seinem Durchmesser vorübergehend mindestens so weit verringert wird, daß anschließend der Armierungsring in den zur zentralen Längsachse hin geschlossenen, einen Sitz für den Armierungsring bildenden Teil der Ringnut eingeschoben werden kann.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Segmentverband zur Verringerung seines Durch­ messers in eine dickwandige Druckbuchse eingepreßt und nach dem Aufschieben aller vorhandenen Armierungsringe auf die ihnen zugeordneten Sitze des Segmentverbandes wieder aus der Buchse herausgenommen wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Armierungsring auf induktivem Wege so weit erwärmt wird, bis die dadurch bewirkte Vergrößerung seines Innendurchmessers ein Aufschieben auf den ihm zugeord­ neten, vom Segmentverband gebildeten Sitz ermöglicht, und daß der Armierungsring durch Abkühlen auf seinen Sitz aufgeschrumpft wird, ehe die Krafteinwirkung, mittels deren die Durchmesser­ verminderung des Segmentverbandes bewirkt worden ist, beendet ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem antimagnetischen Material bestehende, den Segmentverband während der Erwärmung des oder der Armierungs­ ringe aufnehmenden Druckbuchse auf konstanter Temperatur ge­ halten wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß jeder Armierungsring (207) auf seinen Sitz in axialer Richtung aufgepreßt wird.