DE2121582A1

DE2121582A1 - Verfahren zur Herstellung von Kommutatorlamellen aus Kompoundmaterial

Info

Publication number: DE2121582A1
Application number: DE19712121582
Authority: DE
Inventors: Assar; Fransson Jan-Erik Dipl.-Ing.; Västeraas Malm (Schweden). P
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1970-05-06
Filing date: 1971-05-03
Publication date: 1971-11-18
Also published as: GB1342295A; FR2091275A5; US3720998A

Description

Verfahren zur Herstellung von Kommutatorlamellen aas Kompoundmaterial

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kommutatorlamellen aus Kompowidmaterial mit einem Kern aus Aluminium und einer Hülle aus Kupfer, die mindestens eine Seite, gewöhnlich jedoch drei Seiten der Lamelle bedeckt.

Kommutatoren werden gewöhnlich aus Lamellen zusammengesetzt, die einen ia wesentlichen trapezförmigen Querschnitt haben und aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit Kupfer als Hauptbestandteil bestehen. Es sind auch Versuche mit Kommutatorlamellen aus Stahl oder Aluminium und einer hieran befestigten Kontaktschiene aus reinem Kupfer oder einer Kupferlegierung gemacht worden. Hit Rücksicht auf das Gewicht und die bei der Rotation auftretenden Kräfte, die u.a. Biege- und Schubbeanspruchungen auf die Lamellen und Zugbeanspruchung auf die sogenannten Druckringe ausüben, die ein Kollektorpaket zusammenhalten, ist es erwünscht, für die Lamellen ein leichtes Material su verwenden, z.B. Aluminium. Es ist jedoch sehr schwer, Kupfer und Aluminium haltbar zusammenzufügen· Bei !Temperaturen über

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ca. 450° bilden Kupfer und Aluminium spröde Legierungen, doh. beim Zusammenfügen von Kupfer- und Aluminiumschienen bilden sich beim Schweißen oder Löten spröde Schichten an der Übergangsfläche zwischen den Materialien, die die Festigkeit herabsetzen. Kupfer und Aluminium haben weiter verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten, so daß in der Fuge bei Temperatur-Veränderungen Schubspannungen entstehen. Es besteht daher Gefahr, daß die Schweiß- oder Lötfuge nicht hält.

Es ist auch vorgeschlagen worden, Kommutatorlamellen so herzustellen, daß man eine Fläche des Kommutatorlamellenkörpers auf elektrolytischem Wege mit einer Kontaktfläche aus Kupfer versieht. Elektrolytisch aufgetragenes Kupfer bekommt jedoch nicht die für Kommutatorzwecke erforderliche Struktur und Härte. Auch ist die Bindung zwischen Kupferund Aluminium bei elektrolytischem Auftragen in der Regel nicht zufriedenstellend. Die Einsparung an Kupfer hat bisher in der Segel weder die Kosten für die Herstellung von bimetallischen Kommutatorlamellen mit nie*— irigem Kupfergehalt noch die Nachteile und Gefahren bei der Verwendung von aus solchen Lamellen aufgebauten Kommutatoren aufgewogen.

Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung einer bimetallischen Kommutatorlamelle mit einem Kern aus Aluminium und einer Kontaktfläche aus Kupfer, die technisch gesehen Kommutatorlamellen aus massivem Kupfer gleichwertig sind.

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Erfindungsgemäß wird bei der Herstellung von Kommutatorlamellen so verfahren, daß die Lamellen aus einem Rohling, der aus einem Kern aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und aus einer Hülle aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, durch hydrostatisches Strangpressen so hergestellt wird, daß Kern und Hülle miteinander kalt verschweißt werden und de^Rohling gleichzeitig zu einem Profil verformt wird, das dem Lamellenprofil oder angenähert diesem Profil entspricht«.

Sie guten Eigenschaften einer Kommutatorlamelle gemäß der Erfindung beruhen teils auf der direkten metallischen Verbindung zwischen dem Kupfermantel und dem Aluminiumkern und teils

der
cörauf, daß/Lamellenkörper auf mindestens drei Seiten von Kupfer umgeben ist· Wird der Kern auf allen Seiten mit Kupfer umgeben und ist die Kupfermenge symmetrisch angeordnet, erhält man keine Biegung aufgrund von Temperaturveränderungenο Auch bei einer dreiseitigen und somit einer Unförmigen Kupferumhüllung trägt das Kupfer in den U-Schenkeln dazu bei, die Biegung bei Temperaturveränderungen zu begrenzen. %

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung erhält man eine metallische Bindung zwischen Aluminium und Kupfer durch isostatisches Strangpressen eines Rohlings mit einem Kern aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und einer den Kern umgebenden Hülle aus Kupfer oder einer Kupferlegierung nach Methoden, die in der deutschen Patentanmeldung P 1777 197.0 beschrieben sind, und

ein Profil mit einem großen Verhältnis zwischen Breite und Höhe·

Die mit der Erfindung erreichte Gewichtverminderung hat in vielen Fällen große Vorteile. Das Gewicht kann in Abhängigkeit von der gewünschten Verschleißtiefe der lamelle um 40-60 io gesenkt werden. Das niedrigere Gewicht der Lamelle bedeutet geringere Zentrifugalkräfte» was wiederum geringere Biege« und Schubbeanspruchungen der Lamelle und geringere Bean» spruchungen der Druckringe, die das Lamellenpaket zusammenhalten, zur Folge hat. Die geringeren Beanspruchungen ermöglichen eine kleinere Lamellenhöhe, was eine weitere Materialeinsparung bedeutet. Der Außendurchmesser wird gewöhnlich unverändert bei« behalten. Man erreicht dadurch, daß in dem Kommutator größere Kühlkanäle angeordnet werden können. Ein kleinerer und leichterer Kommutator bedeutet auch ein niedrigeres Trägheitsmoment des Motors, was in besonderen Fällen von großer Bedeutung sein kann«

Man kann beim Strangpressen eine Doppellamelle herstellen und nach dem Pressen das Profil der Länge nach in zwei gleiche Profile teilen, die dann dreiseitig von Kupfer umgeben sind. Man kann beim Strangpressen ein rechteckiges Profil herstellen, das su einem doppeltrapemföraigen Querschnitt gSwalst wird, aus dem Lamellen mit gewünschter Form durch feilung des Profils und Absehneiden in geeignet· Laugen hergestellt werden. Es ist

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auch möglich, dem Profil "beim Strangpressen direkt dem gewünschten Querschnitt zu geben, wodurch ein Arbeitsgang erspart wird.

Durch das Verfahren ist es möglich, ds Material innerhalb weitgezogener Grenzen zu wählenο Man kann somit für den Kern eine Aluminiumlegierung mit hoher Festigkeit und für die Hülle eine aus Verschleißgesiehtspunkten geeignete Kupferlegierung wählen, die mit den bisher bekannten Methoden noch nicht mit Erfolg zu einem Kompoundprodukt vereinigt werden konnten· Die Hülle kann aus einer Kupferlegierung mit mindestens 99 i> Kupfer und Silber (Cu + Ag) oder aus einer anderen für Kommutatoren geeigneten Legierung bestehen. Der Kern kann aus reinem Aluminium bestehen, aber eine Legierung mit hoher Festigkeit mit 3»5-5,0 # Gu, max. 1,0 $> Si, max. 1,0 # Fe, 0,5-1,0 i» Mn, max. 1,0 i» Zn, 0,4-1,8 # Mg, 1,0-3,0 i» Pb+Sm+Bi+Cd+ Sb, max. 0,2 ^ kornverfeinernde Zusätze und im übrigen Aluminium ist besonders geeignet.

Man kann Lamellen herstellen, deren Querschnitt zu 10-40 # aus Kupfer besteht.

Der Preisunterschied zwischen Kupfer und Aluminium ist groß. Die Verminderung der Kupfermenge bedeutet daher eine wesentliche Kostenersparnis. Die Rohmaterialkosten für eine Lamelle können bei einem kleinen Kupferanteil bis zu 70 i» sinken. Für eine Kommutatorlamelle mit 50 mm Höhe und 10 mm Dicke des Bodens der ü-förmigen Hülle können die Kosten um 30-40 fi heruntergehen.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigen:

Pig. 1 ein· Seitenansicht einer Kommutatorlamelle,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Kommutatorlamelle gemäß der Erfindung und

Fig. 3 und 4 durch Strangpressen hergestellte Profile aus Kompoundmaterial, die zur Herstellung von Lamellen nach Pig.2verwendbar sind.

In den Figuren bezeichnet 1 «ine Kommutatorlamelle mit üblichen dreieckigen Einschnitten 2 an ihren Enden für die Druckringe, die die Lamellen eines Kommutators zusammenhalten. Die Lamelle besteht aus einem Kern 3 aus einer Aluminiumlegierung und einer U-förmigen K^pferhülle A₉ die drei Seiten des Kerns 3 umschließt. Die Dicke der Hülle ist verschieden. An den Langseiten 5 des Kerns ist die Dicke der Hülle bedeutend geringer als an der oberen Schmalseite 6, die die Kontaktfläche des Kommutators bildet. Bei einer Lamellenhöhe von 50 mm ist es möglich, an der Schmalseite 6 der Lamelle eine Dicke von 10 mm und mehr zu erhalten. Die Lamelle ist schwach trapezförmig und der Keilwinkel ist so gewählt, daß die Ebenen der Seitenflächen einander in der Zentrumlünie eines fertigen Kommutators treffen. Bei der Herstellung der Lamelle geht man von einem Kompoundrohling aus, der aus einem Aluminiumkern und einer rohrförmigen Hülle besteht

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und direkt zu einem Profil gemäß Pig. 3 mit einem doppelkeilförmigen Querschnitt oder zu einem Profil gemäß Pig. 4-gepreßt wird, das nach dem Pressen zu einem doppeltrapezförmigen Querschnitt gemäß Pig. 3 gewalzt wird. D_as Profil gemäß Pig. 3 wird der Länge nach geteilt, wodurch man Lamellen gemäß Fig. 2 erhält·

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Claims

Patentansprüche;

1.1 Verfahren zur Herstellung von Kommutatorlamellen mit einem Kern aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und einem auf dem Kern angebrachten Kontaktmaterial aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen aus einem Rohling, der aus einem Kern aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und aus einer Hülle aus Kupfer oder einer Bpferlegierung besteht, durch hydrostatisches Strangpressen so hergestellt wird, daß Kern und Hülle miteinander kalt verschweißt werden und der Rohling gleichzeitig zu einem Profil verformt wird, das dem Lamellenprofil oder angenähert diesem Profil entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling beim hydrostatischen Strangpressen zu einem Profil mit doppeltrapezförmigem Querschnitt geformt wird, dessen geringste Dicke in der Mitte des Profils liegt und dessen Winkel dem der fertigen Lamelle entspricht.

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling beim hydrostatischen Strangpressen zu einem Profil mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt geformt wird, das Profil zu einem doppeltrapezförmigen Querschnitt ausgewalzt wird, dessen geringste Sicke in der Mitte des Profils liegt und dessen Winkel dem der fertigen Lamelle entspricht.

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