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EP0693230A1 - Armierungsring für rotationskörper und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Armierungsring für rotationskörper und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number
EP0693230A1
EP0693230A1 EP95909707A EP95909707A EP0693230A1 EP 0693230 A1 EP0693230 A1 EP 0693230A1 EP 95909707 A EP95909707 A EP 95909707A EP 95909707 A EP95909707 A EP 95909707A EP 0693230 A1 EP0693230 A1 EP 0693230A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ring
metal
glass fiber
metal ring
commutator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP95909707A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0693230B1 (de
Inventor
Joze Potocnik
Ivan Cerin
Boris Krzisnik
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Comtrade Handelsgesellschaft mbH
Original Assignee
Comtrade Handelsgesellschaft mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Comtrade Handelsgesellschaft mbH filed Critical Comtrade Handelsgesellschaft mbH
Publication of EP0693230A1 publication Critical patent/EP0693230A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0693230B1 publication Critical patent/EP0693230B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/04—Commutators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/06—Manufacture of commutators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49789—Obtaining plural product pieces from unitary workpiece
    • Y10T29/49798—Dividing sequentially from leading end, e.g., by cutting or breaking

Definitions

  • the invention relates to a reinforcement ring for rotary bodies, for example commutators, a method for its production and the use of the reinforcement rings according to the invention for commutators.
  • commutators which are reinforced with glass fiber reinforcement rings.
  • the reinforcing rings are also electrical insulators, such commutators have a weakness compared to the commutators armed with steel rings. This weakness manifests itself when these commutators are used for highly heat-loaded motors or in long-term operation under high temperature influences. It is also possible that there is a thermal overload due to some fault. With all thermal overloads, the insulation ring or glass fiber ring may soften locally.
  • the consequence of this is that the commutator segments can shift beyond the tolerance values, as a result of which the service life of such commutators is considerably reduced.
  • the invention is therefore based on the object of providing a reinforcement ring which can be subjected to a high thermal load and at the same time retains the advantages of glass fiber reinforcement rings.
  • an armoring ring for rotating bodies in which at least one metal ring which is rectangular in cross section is connected at the end to a unit with a glass fiber ring which is rectangular in cross section.
  • the glass fiber ring has a greater radial height than the metal ring, and that the protruding area is offset from the metal ring and rests on one or both of the radial surfaces or lateral surfaces of the metal ring.
  • a further advantage of this composite reinforcement ring is that the respective diameters, on which the two rings seem to overlap, with a very tight tolerance.
  • the diameter tolerances in the assembly point have to be many times smaller than in the case of the reinforcement rings according to the invention.
  • the corresponding reinforcing ring has two metal rings which are attached to the respective end faces of the glass fiber ring.
  • This strength can be increased further if the reinforcement ring is designed in such a way that the glass fiber ring has both a larger outside diameter and a smaller inside diameter than both metal rings and both projection areas are partially axially offset in the direction of the metal rings that the one protruding area bears against both the radial inner surface of the one metal ring and the other protruding area against the radial outer surface of the other metal ring, the two metal rings advantageously being of identical design.
  • a further object on which the invention is based is to specify a method for producing a reinforcement ring for rotating bodies, for example commutators, which has a high heat resistance, the respective advantages of metal rings and glass fiber rings and, at the same time, can be produced very inexpensively.
  • the solution to this problem according to the invention consists in a method for producing a reinforcement ring for rotating bodies, for example commutators, with the method steps: a) producing at least one metal ring which is rectangular in radial cross section, for example by punching out from a sheet metal, cutting from a metal tube or by deep drawing from sheet metal;
  • the displacement of the protruding area is a punching process in which the at least one metal ring is part of the punching tool. This advantage can be increased even more if the second part of the punching tool is a circular groove formed from punched-out areas in the commutator segments, since the protruding area is displaced to the metal ring simultaneously with the mounting of the reinforcing ring.
  • the reinforcement rings according to the invention can be used particularly advantageously for the reinforcement of the segments in a commutator.
  • Reinforcement rings in which one or both radial surfaces of the metal ring are partially covered with glass fiber material are particularly advantageous, it being particularly advantageous if these glass fiber parts can be moved by means of a stamping process.
  • This punching process can be carried out separately in a punching tool or directly in the commutator itself. In the latter case, the metal ring serves as part of the punching tool, but the circular groove of the punched-out segments serves as the second tool part (as shown, for example, in FIG. 9).
  • the reinforcing rings provided with protruding areas open up a very simple possibility of providing the metal ring part with a desired pretension if the reinforcing ring is pressed with the glass fiber side ahead into a circular groove provided in the commutator, which circular groove is chamfered in the axial direction in such a way that the glass fiber ring is tilted either to the axis or to the outer surface of the rotation, whereby the metal ring is biased either radially inwards or radially outwards.
  • the use of the reinforcement rings according to the invention enables both the steel ring and part of the glass fiber ring to form the supporting part of the reinforcement ring, it being possible for the protruding area to serve as an insulation layer between the steel ring and the copper commutator segments.
  • the use of the reinforcement rings according to the invention makes it possible for the design designs of the commutator reinforcement to be adapted to the different quality requirements for commutators.
  • the advantage of the constructions is that in all cases a supporting part of the set ring is elastically expanded and biased, whereby the commutator is given the characteristic of the so-called biased commutators.
  • Another advantage over known constructions is that part of the space between the steel ring and the anchors of the copper segments is filled with potting compound with which the entire commutator is potted. If a highly heat-resistant compound is used as the casting compound, the copper segments are additionally supported against the steel ring with a highly resistant material.
  • reinforcement rings according to the invention can be leaned directly against the copper segments on both sides of the ring. This makes it possible to drive the ring directly into the grooves of the copper segments, the ring being wedged into the segments and the segments thereby being aligned in precise radial positions.
  • FIG. 1 shows a cross section through a glass fiber ring before assembly with a steel ring
  • FIG. 2 shows a top view of the glass fiber ring from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a partial cross section of a first embodiment according to the invention
  • FIG. 4 shows a partial cross section of a second embodiment according to the invention
  • FIG. 5 shows a partial cross section of a third embodiment according to the invention
  • FIG. 6 shows a partial cross section of a fourth embodiment according to the invention.
  • FIG. 7 shows a partial cross section through a commutator with a reinforcement ring according to the first embodiment
  • FIG. 8 shows a partial cross section through a commutator with an armoring ring according to the second embodiment
  • FIG. 9 shows a partial cross section through a commutator with an armoring ring according to the third embodiment.
  • FIG. 10 shows a partial cross section through a commutator with an armoring ring according to the second embodiment, but with a fourth embodiment
  • FIG. 11 shows a partial cross section through a commutator with an armoring ring according to a third embodiment with two metal rings:
  • FIGS. 1 and 2 a glass fiber ring or insulating ring 14 is shown in different views before it is assembled with a metal or steel ring 12 to form a reinforcement ring 10.
  • FIGS. 3 to 6 each show different cross-sectional designs of a reinforcement ring 10, 10 ', 10 "and 10"'.
  • the reinforcement ring 10 shown in FIG. 3 consists of the metal ring 12 with a rectangular cross section and the glass fiber ring 14, also with a rectangular cross section, the radial height of the glass fiber ring 14 being greater than the radial height of the steel ring 12.
  • the insulating ring 14 has the same or a smaller inner radius than the metal ring 12, and there is a radial projection 16 which axially displaces in the direction of the metal ring 12 by means of a stamping process is that part of the radial outer surface of the steel ring 12 is covered with this protrusion 16, but this protrusion 16 still touches a region of the glass fiber ring 14.
  • the reinforcement ring 10 'shown in FIG. 4 differs from the embodiment according to FIG. 3 in that an overlap region 18 bears against the surface of a steel ring 12' pointing to the axis and in addition a glass fiber ring 14 'has the same or larger outer diameter than a metal ring 12' .
  • both radial surfaces of a steel ring 12 ′′ are partially covered with protruding areas 20 of a glass fiber ring 14 ′′.
  • the glass fiber ring 14 has a shoulder which lies opposite the steel ring 12"
  • a commutator 22 which is provided on its outer surface with segments 24 which are embedded in molding material 26.
  • the commutator 22 also has a circular groove 28, which is essentially formed by cutouts in the segments 24 and their circular arrangement. This circular groove 28 is arranged concentrically to the outer circumference of the commutator 22.
  • the characteristic of the reinforcement ring 10 is that both rings 12, 14 touch on the end face, or that the glass fiber ring support part is extended to the steel ring 12, the outer layer of the glass fiber ring 14 being shifted and the outer jacket of the Steel ring 12 clasped and thus connects the two rings 12, 14.
  • the reinforcement ring 10 thus formed consists of three parts, one part of which is the steel ring 12, the second part is the supporting part of the glass fiber ring 14 and the third part is the protruding area 16 which serves as an insulation covering of the steel ring 12 and at the same time the Steel ring 12 connects to the glass fiber ring 14.
  • the commutator armouring in this example of use is designed in such a way that the supporting part of the glass fiber ring 14 is elastically drawn onto the anchors of the segments 24, for example made of copper.
  • the force resulting from the elastic expansion of this part causes a force component on the segments 24 in the direction of the axis of the commutator 22.
  • the segments 24 press on the insulation jacket of the steel ring 12 formed by the overhang region 16, which is thereby compressed and firmly clamped .
  • the steel ring 12 is thereby subjected to pressure, whereas the supporting part of the glass fiber ring 14 is expanded and tensile.
  • the parts which are the same as the example of use according to FIG. 7 are provided with the same reference numbers, but with a' for easier distinction.
  • the commutator armoring is designed according to this example of use so that the original supporting part of the glass fiber ring 14 'with the outer circumference is pressed inwards in the radial direction on the segments 24' of the commutator 22 'via the cone in the circular groove 28'.
  • the steel ring 12 ' is, however, stretched radially outward by means of deformation of the armature of the segments 24' and is thereby clamped in a prestressed state and firmly against displacement.
  • the reinforcement ring 10 ′′ composed for this example of use consists of a steel ring 12 ′′ having a rectangular cross-section, the axial ring height being greater than the radial height of the steel ring 12 ′′.
  • the commutator armor according to this example of use is designed such that the armature ring 10 "thus shaped and assembled is hammered into cutouts of the segments 24 ′′ formed in a circular groove 28" and by means of the deformation of the armature of the segments 24 "in the direction towards is additionally attached outside.
  • Another advantage resulting from this type of connection of the commutator segments is that no additional tool auxiliary parts have to be used during the casting process of the commutators in order to hold the commutator segments together until the casting.
  • FIG. 10 shows an example of use in which the segments 24 "'of a commutator 22'" are alternately composed with intermediate insulation lamellae. Again, the same reference numbers are used, but with ''.
  • This commutator armor is intended for commutators that are composed of copper segments and intermediate insulation lamellae. In this type of reinforcement, all three parts of the composite reinforcement ring 10 'are stretched outwards in the radial direction by means of deformation of the anchor elements of the segments 24'".
  • the insulation lamellae between the anchors of the segments 24 '" are extended and serve to prevent the Reinforcing ring 10 'returns to the initial position, both the steel ring 12' and the glass fiber ring 14 'being biased radially outwards.
  • the reinforcing ring 10 '"assembled for this example of use consists of two steel rings 12"' of rectangular cross section and a glass fiber ring 14 '"arranged between them.
  • the special feature here is that the three rings 12 '"and 14"' touch each other or that the supporting part of the glass fiber ring 14 '"is extended on both steel rings 12'", the inner and outer layers or Overhang areas 16 'and 16 "of the glass fiber ring 14" are shifted in opposite directions, in the direction of both steel rings 12'", clasp part of the axile height of the inner shell of one steel ring 12""and the outer shell of the other steel ring 12"".
  • the commutator armouring according to this example of use is designed such that the armature ring 10 ′ ′′ shaped and assembled in this way is hammered into sections of the segments 24 a formed in a circular groove 28 ′′ and by means of the deformation of the armature of the segments 24 a in the direction toward is additionally braced on the outside.
  • This deformation can be generated either by caulking a notch-shaped groove 27 or by bending.

Landscapes

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Description

Armierungsring für Rotationskörper und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Armierungsring für Rotations¬ körper, beispielsweise Kommutatoren, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie die Verwendung der erfindungsgemäßen Armierungsringe für Kommutatoren.
Es sind verschiedene Ausführungen von Kommutatoren bekannt, die mit Glasfaser-Armierungsringen verstärkt sind. Trotz der großen Vorteile dieser Kommutatoren, zum Beispiel das geringe Gewicht und die einfache und maßgenaue Herstellbarkeit der Glasfaserringe und der Kommutatoren, da die Armierungsringe zugleich elektrische Isolatoren sind, haben derartige Kommu¬ tatoren doch eine Schwäche gegenüber den mit Stahlringen ar¬ mierten Kommutatoren. Diese Schwäche äußert sich bei der An¬ wendung dieser Kommutatoren für hochwär ebelastete Motoren oder bei Langzeitbetrieb unter hohen Temperatureinflüssen. Auch ist es möglich, daß es aufgrund irgendeines Fehlers zu einer Wärmeüberbelastung kommt. Bei allen Wärmeüberbelastungen kann eine lokale Erweichung des Isolationsrings bzw. Glas- faserrings eintreten. Dies hat zur Folge, daß sich die Kommu¬ tatorsegmente über die Toleranzwerte hinaus verschieben können, wodurch die Lebensdauer derartiger Kommutatoren be¬ trächtlich vermindert ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Armie¬ rungsring zur Verfügung zu stellen, der einer hohen Wärmebe¬ lastung unterzogen werden kann und gleichzeitig die Vorteile von Glasfaserarmierungsringen beibehält.
Dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Armie¬ rungsring für Rotationskörper, bei dem mindestens ein im Quer¬ schnitt rechteckförmiger Metallring stirnseitig mit einem im Querschnitt rechteckförmigen Glasfaserring zur einer Einheit verbunden ist.
Dadurch ist sichergestellt, daß auch bei Temperaturen, bei denen der Glasfaserring erweicht, eine Verschiebung der Kommu¬ tatorsegmente vermieden ist.
Von besonderen Vorteil ist es, wenn der Glasfaserring eine größere radiale Höhe aufweist als der Metallring, und daß der Überstandsbereich zum Metallring versetzt ist und an einer der beiden oder beiden radialen Oberflächen oder Mantelflächen des Metallrings anliegt.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß bei der Her¬ stellung des zusammengesetzten Rings nur ca. jeweils die Hälfte der sonst üblichen radialen Höhe des Glasfaserrings und des Stahl- bzw. Metallrings verwendet werden kann. Das ermög¬ licht, daß sich die Herstellungskosten dieser Ringe nicht wesentlich erhöhen, was der Fall wäre, wenn die beiden Ringe ineinander geschachelt werden müßten.
Ein weiterer Vorteil dieses zusammengesetzten Armierungsrings besteht darin, daß es aufgrund der stirnseitigen Zusammen¬ setzung nicht erforderlich ist, die jeweiligen Durchmesser, auf denen sich die beiden Ringe scherweise decken, mit einer sehr engen Toleranz herzustellen. In dem Fall, in dem der Glasfaserring und der Stahlring ineinander geschachtelt zu¬ sammengesetzt werden, müssen die Durchmesser-Toleranzen in der Zusammensetzungsstelle nämlich um ein Vielfaches geringer sein als bei den erfindungsgemäßen Armierungsringen.
Soll der Kommutator für thermische und dynamische Höchstbe¬ lastung ausgelegt sein, so ist es besonders vorteilhaft, wenn der entsprechende Armierungsring zwei Metallringe aufweist, die an den jeweiligen Stirnseiten des Glasfaserrings ange¬ bracht sind. Diese Festigkeit kann dadurch noch erhöht werden, wenn der Armierungsring so ausgebildet ist, daß der Glasfaser¬ ring sowohl einen größeren Außendurchmesser als auch einen ge¬ ringeren Innendurchmesser als beide Metallringe aufweist und beide Überstandsbereiche in Richtung auf die Metallringe der¬ art axial teilweise versetzt sind, daß sowohl an der radialen Innenfläche des einen Metallrings der eine Überstandsbereich als auch an der radialen Außenfläche des anderen Metallrings der andere Überstandsbereich anliegt, wobei die beiden Metall¬ ringe vorteilhafterweise identisch ausgebildet sind.
Eine weitere, der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Armierungsrings für Rotationskörper, beispielsweise Kommutatoren, anzugeben, der eine hohe Wärmebelastbarkeit, die jeweiligen Vorteile von Metallringen und Glasfaserringen aufweist und gleichzeitig sehr kostengünstig herstellbar ist.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Herstellung eines Armierungsrings für Rotations¬ körper, beispielsweise Kommutatoren, mit den Verfahrens¬ schritten: a) Herstellen mindestens eines im radialen Querschnitt rechteckförmigen Metallrings, beispielsweise durch Ausstanzen aus einem Blech, Abschneiden von einem Metallrohr oder durch Tiefziehen aus Blech;
b) Herstellen eines im radialen Querschnitt recheckförmigen Glasfaserrings durch Wickeln von Glasfasern unter Zu¬ führung von Kunstharz mit einer größeren radialen Höhe als der Metallring;
c) stirnseitiges Zusammenfügen der Ringe; und
d) Verschieben mindestens eines aus Glasfasern bestehenden Überstandsbereichs axial in Richtung auf den mindestens einen Metallring derart, daß der mindestens eine ver¬ schobene Überstandsbereich sowohl an einer radialen Ober¬ fläche des bzw. der Metallringe anliegt als auch noch den übrigen Glasfaserring berührt.
Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn das Verschieben des Überstandsbereichs ein Stanzvorgang ist, bei dem der min¬ destens eine Metallring ein Teil des Stanzwerkzeuges ist. Dieser Vorteil kann noch dadurch erhöht werden, wenn der zweite Teil des Stanzwerkzeuges eine aus Austanzungen ge¬ bildete Kreisnut in den Kommutatorsegmenten ist, da dadurch gleichzeitig mit dem Montieren des Armierungsringes der Über¬ standsbereich zum Metallring verschoben wird.
Die erfindungsgemäßen Armierungsringe können besonders vor¬ teilhaft für die Armierung der Segmente in einem Kommutator verwendet werden. Von besonderem Vorteil sind dabei Armierungsringe, bei denen eine oder beide radialen Oberflächen des Metallrings teilweise mit Glasfasermaterial bedeckt sind, wobei besonders vorteil¬ haft diese Glasfaserteile mittels eines Stanzvorgangs ver¬ schoben werden können. Dieser Stanzvorgang kann gesondert in einem Stanzwerkzeug oder direkt im Kommutator selbst durch¬ geführt werden. Im letzteren Fall dient der Metallring als ein Teil des Stanzwerkzeuges, als der zweite Werkzeugteil dient aber die Kreisnut der ausgestanzten Segmente (wie z. B. in Figur 9 dargestellt) .
Die mit Überstandsbereichen versehenen Armierungsringe er¬ öffnen eine sehr einfache Möglichkeit, den Metallringteil mit einer gewünschten Vorspannung zu versehen, wenn der Armie¬ rungsring mit der Glasfaserseite voraus in eine im Kommutator vorhandene Kreisnut eingedrückt wird, welche Kreisnut in axialer Richtung derart abgeschrägt ist, daß der Glasfaserring entweder zur Achse oder zur Rotationsaußenfläche gekippt wird, wodurch der Metallring entweder radial nach innen oder radial nach außen vorgespannt wird.
Die erfindungsgemäße Verwendung der Armierungsringe ermög¬ licht, daß sowohl der Stahlring als auch ein Teil des Glas- faserrings den Tragteil des Armierungsrings bilden, wobei es möglich ist, daß der Überstandsbereich als Isolationsschicht zwischen dem Stahlring und den KupferkommutatorSegmenten dient.
Die erfindungsgemäß Verwendung der Armierungsringe ermöglicht es, daß die Konstruktionsausführungen der Kommutatorarmierung an die unterschiedlichen Qualitätsanforderungen für Kommuta¬ toren angepaßt werden kann. Der Vorteil der Konstruktionen liegt darin, daß in allen Fällen ein Tragteil des zusammenge- setzten Ringes elastisch ausgedehnt und vorgespannt ist, wo¬ durch dem Kommutator die Charakteristik der sogenannten vor¬ gespannten Kommutatoren verliehen wird.
Verglichen mit bekannten Konstruktionen liegt eine weiterer Vorteil darin, daß ein Teil des Raumes zwischen dem Stahlring und den Ankern der Kupfersegmente mit Vergußmasse ausgefüllt ist, mit welcher der gesamte Kommutator vergossen ist. Wenn als Vergußmasse eine hochwärmebeständige Masse verwendet wird, sind die Kupfersegmente zusätzlich gegen den Stahlring mit einem hochbe-ständigen Material unterstützt.
Zur Verhinderung der Verschiebung der Kommutatorsegmente liegt wenigstens ein Teil der Stahlringhδhe auf der Vergußmassen¬ schicht auf. Es befindet sich also zwischen diesem Ringteil und dem Anker der Kupfersegmente auch noch eine zusätzlich Isolationsschicht aus einem anderen Material als Glasfasern, die, wenn sie wärmebeständig ist, zusätzlichen Schutz gegen die Verschiebung der Kupfersegmente gibt.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Armierungsringe liegt darin, daß sie auf beiden Ringseiten direkt an die Kupfersegmente angelehnt werden können. Das ermöglicht es, den Ring in die Nuten der Kupfersegmente direkt einschlagen zu können, wobei der Ring in die Segmente eingekeilt wird und die Segmente dadurch in genaue radiale Stellungen ausgerichtet werde .
Ein zusätzlicher Vorteil dieser erfindungsgemäßen Armierungs- ringe besteht auch darin, daß der Stahlring zu den Ankern der Kupfersegmente nur einen derartigen Abstand zu haben braucht, der für eine elektrische Isolation erforderlich ist. Dadurch wird zwischen dem Stahlring und den Ankern der Kupfersegmente eine dünne Preßmassenschicht erhalten. Zugleich ist aber der Raum bzw. die Kreisnut zum Einsetzen des Stahlrings optimal ausgenützt und es ist möglich, Stahlringe mit verhältnismäßig großen radialen Höhen zu verwenden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen sowie den Abbildungen, auf die Bezug genommen wird. Es zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt durch einen Glasfaserring vor dem Zusammensetzen mit einem Stahlring;
Figur 2 eine Draufsicht des Glasfaserrings von Figur 1;
Figur 3 einen Teilquerschnitt einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Figur 4 einen Teilquerschnitt einer zweiten erfindungsge¬ mäßen Ausführungsform;
Figur 5 einen Teilquerschnitt einer dritten erfindungsge¬ mäßen Ausführungsform;
Figur 6 einen Teilquerschnitt einer vierten erfindungsge¬ mäßen Ausführungsform;
Figur 7 einen Teilquerschnitt durch einen Kommutator mit einem Armierungsring gemäß der ersten Ausführungs¬ form; Figur 8 einen Teilquerschnitt durch einen Kommutator mit einem Armierungsring gemäß der zweiten Ausführungs¬ form;
Figur 9 einen Teilquerschnitt durch einen Kommutator mit einem Armierungεring gemäß der dritten Ausführungs¬ form; und
Figur 10 einen Teilquerschnitt durch einen Kommutator mit einem Armierungεring gemäß der zweiten Ausführungs- form, aber mit einer vierten Ausführungsformart;
Figur 11 einen Teilquerschnitt durch einen Kommutator mit einem Armierungsring gemäß einer dritten Aus- führungεform mit zwei Metallringen:
In den Figuren 1 und 2 ist in unterschiedlichen Ansichten ein Glasfaserring bzw. Isolierring 14 dargestellt, bevor er mit einem Metall- oder Stahlring 12 zu einem Armierungsring 10 zusammengesetzt wird.
In den Figuren 3 bis 6 sind jeweils im Querschnitt verschie¬ dene Ausführungεformen eines Armierungsringes 10, 10', 10" und 10"' dargestellt. Der in Figur 3 gezeigte Armierungsring 10 besteht aus dem Metallring 12 mit rechteckigem Querschnitt und dem Glasfaserring 14, ebenfalls mit rechteckigem Quer¬ schnitt, wobei die radiale Höhe des Glasfaserrings 14 größer ist als die radiale Höhe des Stahlrings 12. Bei diesem Aus¬ führungsbeispiel weist der Isolierring 14 den gleichen oder einen kleineren Innenradius als der Metallring 12 auf, und ein radialer Überstand 16 ist vorhanden, der mittels eines Stanz¬ vorgangs axial derart in Richtung des Metallrings 12 versetzt ist, daß ein Teil der radialen Außenoberfläche des Stahlrings 12 mit diesem Überstand 16 bedeckt ist, dieser Überstand 16 aber noch einen Bereich des Glasfaserrings 14 berührt.
Der in Figur 4 dargestellt Armierungsring 10' unterscheidet εich von der Ausführungsform gemäß Figur 3 darin, daß ein Überlappungsbereich 18 an der zur Achse weisenden Oberfläche eines Stahlrings 12' anliegt und zusätzlich ein Glasfaserring 14' einen gleichen oder größeren Außendurchmesser aufweist als ein Metallring 12'.
Bei dem in Figur 5 dargestellten Armierungsrings 10'' sind beide radialen Oberflächen eines Stahlrings 12'' teilweise mit Überstandsbereichen 20 eines Glasfaserrings 14'' bedeckt. Da¬ durch weist der Glasfaserring 14" einen Absatz auf, der dem Stahlring 12" gegenüber liegt, die gleiche radiale Höhe hat und mit dem Stahlring 12'' fluchtet.
Der in Figur 6 gezeigte Armierungsring 10"' weist an beiden Stirnseiten eines Glasfaserringε 14'" jeweilε einen Metall¬ bzw. Stahlring 12'" auf. Da der Glaεfaεerring 14'" sowohl einen größeren Außendurchmesser als auch einen geringeren Innendurchmesser als die beiden, in diesem Fall identisch aus¬ gebildeten Stahlringe 12"' hat, sind zwei Überstandsbereiche 16' und 16" vorhanden, die gegenläufig axial derart ver¬ schoben sind, daß der eine Überstandsbereich 16' an der Außen¬ oberfläche des einen Metallrings 12'" und der andere Über¬ standsbereich 16" an der Innenoberfläche des anderen Metall¬ rings 12'" anliegt, aber beide Überstandsbereich 16' und 16" noch einen Bereich des Glasfaserrings 16'' berühren. Figur 7 zeigt die Verwendung des Armierungsrings 10 gemäß Figur 3 in einem Kommutator 22, der an seiner Außenfläche mit Segmenten 24 versehen ist, die in Preßstoff 26 eingebettet sind. Der Kommutator 22 weist zudem eine Kreisnut 28 auf, die im wesentlichen durch Aussparungen in den Segmenten 24 und deren kreisringförmiger Anordnung gebildet ist. Diese Kreisnut 28 ist konzentrisch zum Außenumfang des Kommutators 22 ange¬ ordnet.
Wie bereits erwähnt, liegt das Charakteristikum des Armie¬ rungsrings 10 darin, daß sich beide Ringe 12, 14 stirnseitig berühren, bzw. daß der Glasfaserring-Tragteil zum Stahlring 12 verlängert wird, wobei die Außenschicht des Glasfaserrings 14 scherweise verschoben ist und den Außenmantel des Stahlrings 12 umklammert und damit die beiden Ringe 12, 14 verbindet. Der so geformte Armierungsring 10 besteht daher aus drei Teilen, von denen ein Teil der Stahlring 12, der zweite Teil der Trag¬ teil des Glasfaserrings 14 und der dritte Teil der Überstands¬ bereich 16 ist, der als Isolationsbelag des Stahlrings 12 dient und gleichzeitig den Stahlring 12 mit dem Glasfaserring 14 verbindet.
Die Kommutatorarmierung bei diesem Verwendungsbeispiel ist so ausgeführt, daß der Tragteil des Glasfaserrings 14 elastisch auf die Anker der beispielsweise aus Kupfer bestehenden Seg¬ mente 24 aufgezogen wird. Die aus der elastischen Ausdehnung dieses Teils resultierende Kraft bewirkt eine Kraftkomponente auf die Segmente 24 in Richtung der Achse des Kommutators 22. Dadurch drücken die Segmente 24 auf den durch den Überstandbe¬ reich 16 gebildeten Isolationsmantel des Stahlrings 12, der dadurch zusammengedrückt und fest eingespannt wird. Der Stahl- ring 12 ist dadurch druckbelastet, wohingegen der Tragteil des Glasfaserrings 14 ausgedehnt und zugbelastet ist. Bei dem in Figur 8 dargestellten zweiten Verwendungsbeispiel des Armierungsrings 10' werden die mit dem Verwendungsbeispiel gemäß Figur 7 gleichen Teile mit gleichen Bezugsziffern, zur leichteren Unterscheidung aber mit einem ' , versehen.
Bei diesem Verwendungsbeispiel weist der Armierungsring 10' einen Stahlring 12' mit rechwinkligem Querschnitt auf, wobei die axiale Höhe größer ist als dessen radiale Höhe.
Eine Besonderheit liegt ebenfalls darin, daß sich die beiden Ringe stirnseitig berühren, bzw. daß der Tragteil des Glas- faserrings 14' in dem Stahlring 12' verlängert ist, wobei die Innenschicht des Glasfaserrings 14' scherweise verschoben ist und einen Teil der axialen Höhe des Innenmantels des Stahl¬ rings 14' umklammert.
Die Kommutatorarmierung ist nach diesem Verwendungsbeispiel so ausgeführt, daß der ursprüngliche Tragteil des Glasfaserrings 14' mit dem Außenumfang über den Konus in der Kreisnut 28' auf die Segmente 24' des Kommutators 22' in radialer Richtung nach innen gedrückt iεt. Der Stahlring 12' ist aber mittels Defor¬ mation der Anker der Segmente 24' radial nach außen gedehnt und dadurch in einem vorgespannten Zustand und fest gegen Ver¬ schiebung eingespannt.
Die axiale Höhe des Stahlrings 12' ist größer als die Höhe der durch den Überstandsbereich 18 gebildeten Isolationsschicht, so daß der Zwischenraum zwischen dem Innenmantelteil des Stahlrings 12' und den Ankern der Segmente 24' mit einer wärmebeständigen Vergußmasse ausgefüllt ist, wodurch eine Ab¬ lösen der Segmente 24' des Kommutators 22' bei hohen Tempe¬ raturen zusätzlich verhindert wird. Bei dem in Figur 9 gezeigten Verwendungsbeispiel für den Ar¬ mierungsring 10" in einem Kommutator 22' werden wieder gleiche Bezugsziffern, allerdings mit " versehen, verwendet.
Der für dieses Verwendungsbeispiel zusammengesetzte Armie¬ rungsring 10'' besteht aus einem Stahlring 12" rechtwinkligen Querschnitts, wobei die axiale Ringhöhe größer als die radiale Höhe des Stahlrings 12" ist.
Auch hier liegt wiederum die Besonderheit darin, daß εich die beiden Ringe 12" und 14" εtirnseitig berühren bzw., daß der Tragteil des Glaεfaεerringε 14'' in dem Stahlring 12" ver¬ längert wird, wobei die Innen- und Außenschicht bzw. Über¬ standsbereiche 20 des Glasfaserrings 14" scherweise in Rich¬ tung des Stahlrings 12'' verschoben εind und einen Teil der axialen Höhe des Innen- und Außenmantels des Stahlrings 12" umklammern.
Die Kommutatorarmierung nach diesem Verwendungsbeispiel ist so ausgeführt, daß der so geformte und zusammengesetzte Armie¬ rungsring 10" in in einer Kreisnut 28" ausgebildete Aus- schnitte der Segmente 24'' eingeschlagen ist und mittels der Deformation der Anker der Segmente 24" in Richtung nach außen zusätzlich befestigt wird.
Alle drei der oben beschriebenen Verwendungsbeispiele sind für die Kommutatorausführungen vorgesehen, bei denen der Zwischen¬ raum zwischen den Segmenten 24, 24' und 24" mit Vergußmasse bzw. Preßstoff 26, 26' und 26" ausgefüllt ist, also für Aus¬ führungen, die keine Isolationslamellen zwischen den Segmenten 24, 24' und 24" haben. Die Gemeinsamkeit und der Vorteil der Anwendung der Armie¬ rungsringe nach diesen Ausführungen liegt darin, daß durch die Armierungsringe die Kommutatorsegmente untereinander zur genau definierten Distanz und am genau definierten Durchmesser schon vor dem Verguß mit der Preßstoffmasse verbunden werden.
Ein weiterer aus dieser Art der Verbindung der Kommutatorseg¬ mente folgende Vorteil liegt darin, daß während des Vergu߬ prozesses der Kommutatoren keine zusätzliche Werkzeughilfs- teile verwendet werden müssen, um die Kommutatorsegmente bis zum Verguß zusammenzuhalten.
In der Figur 10 ist ein Verwendungsbeispiel dargestellt, bei dem die Segmente 24"' eines Kommutators 22'" abwechselnd mit Isolationszwischenlamellen zusammengesetzt sind. Auch hier werden wieder die gleichen Bezugsziffern verwendet, allerdings mit '" versehen.
Der für dieses Verwendungsbeispiel eingesetzte Armierungsring entspricht dem in der Figur 4 gezeigten Armierungsring 10' . Dieser Armierungsring 10' besteht aus dem Stahlring 12' recht¬ winkligen Querschnitts, wobei die axiale Ringhöhe größer als die radiale Dicke des Rings ist.
Die Besonderheit bei diesem Verwendungsbeispiel liegt darin, daß sich die beiden Ringe stirnseitig berühren, bzw. daß der Tragteil des Glasfaserrings 14' den Stahlring 12' verlängert wird, wobei die Innenschicht des Glasfaserrings 14' scherweise verschoben ist und einen Teil der axialen Höhe des Innen¬ mantels des Stahlrings 12' umklammert. Diese Kommutatorarmierung ist für Kommutatoren vorgesehen, die aus Kupfersegmenten und Isolationszwischenlamellen zusammge- setzt sind. Bei dieser Armierungsart sind alle drei Teile des zusammengesetzten Armierungsrings 10' mittels Deformation der Ankerelemente der Segmente 24'" in radialer Richtung nach außen gedehnt. In diesem Fall sind die Isolationslamellen zwischen den Ankern der Segmente 24'" verlängert und dienen der Verhinderung, daß der Armierungsring 10' in die Anfangs¬ stellung zurückkehrt, wobei sowohl der Stahlring 12' als auch der Glasfaserring 14' radial nach außen vorgespannt ist.
Bei dem in Figur 11 gezeigten Verwendungsbeispiel für den Ar¬ mierungsring 10'" in einem Kommutator 22a werden wieder gleiche Bezugsziffern, allerdingε mit '" versehen, verwendet.
Der für dieses Verwendungsbeispiel Zusammengesetze Armierungs- ring 10'" besteht aus zwei Stahlringen 12"' rechtwinkligen Querschnitts und einem dazwischen angeordneten Glasfaserring 14'" .
Hier liegt die Besonderheit darin, daß sich die drei Ringe 12'" und 14"' stirnseitig berühren bzw., daß der Tragteil des Glasfaserrings 14'" an beiden Stahlringen 12'" ver¬ längert wird, wobei die Innen- und Außenschicht bzw. Über¬ standbereiche 16' und 16" des Glasfaserrings 14" gegenläufig scherweise in Richtung beider Stahlringe 12'" verschoben sind, einen Teil der axilen Höhe des Innenmantels des einen Stahlrings 12"' bzw. des Außenmantels des anderen Stahlrings 12''' umklammern. Die Kommutatorarmierung nach diesem Verwendungsbeispiel ist so ausgeführt, daß der so geformte und zusammengesetzte Armie¬ rungsring 10'" in in einer Kreisnut 28"' ausgebildete Aus¬ schnitte der Segmente 24 a eingeschlagen ist und mittels der Deformation der Anker der Segmente 24a in Richtung nach außen zusätzlich verspannt wird. Diese Deformation kann entweder durch Einstemmen einer kerbförmigen Nut 27 oder durch Biegen erzeugt werden.
Das oben beschriebene Verwendungsbeispiel ist ebenfalls für die Kommutatorausführungen vorgesehen, bei denen der Zwischen¬ raum zwiεchen den Segmenten 24a mit Vergußmasse bzw. Preßstoff 26a ausgefüllt ist, also für Ausführungen, die keine Isola¬ tionslamellen zwischen den Segmenten 24a haben.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Armierungsring (10, 10', 10'', 10'") für Rotations¬ körper, beispielsweise Kommutatoren, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein im Querschnitt rechteckförmiger Metallring (12, 12', 12", 12"') stirn¬ seitig mit einem im Querschnitt rechteckförmigen Glas¬ faserring (14, 14', 14", 14'") zu einer Einheit ver¬ bunden ist.
2. Armierungsring (10, 10' 10'') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasfaserring (14, 14' 14'') eine größere radiale Höhe aufweist als der Metall¬ ring (12, 12', 12").
3. Armierungsring (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasfaserring (14) einen größeren Außendurchmesser als der Metallring (12) auf¬ weist und dieser dadurch gebildete Überstandsbereich (16) in Richtung auf den Metallring (12) axial teilweise ver¬ setzt ist und an der radialen Außenfläche des Metallrings (12) anliegt.
4. Armierungsring (10') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasfaserring (14') einen kleineren Innendurchmesser als der Metallring (12') auf¬ weist und dieser dadurch gebildete Überstandsbereich (18) in Richtung auf den Metallring (12') axial teilweise ver¬ setzt ist und an der radialen Innenfläche des Metallrings (12') anliegt.
5. Armierungsring (10') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasfaserring (14') so¬ wohl einen größeren Außendurchmesser als auch einen ge¬ ringeren Innendurchmesser als der Metallring (12') auf¬ weist und der zur Ringachse gerichtete Überstandsbereich (18) in Richtung auf den Metallring (12') axial teilweise versetzt ist und an der radialen Innenfläche des Metall¬ rings (12') anliegt.
6. Armierungsring (10'') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasfaserring (14") so¬ wohl einen größeren Außendurchmesser als auch einen ge¬ ringeren Innendurchmesser als der Metallring (12") auf¬ weist und beide Überstandsbereiche (20) in Richtung auf den Metallring (12") axial teilweise versetzt sind und sowohl an der radialen Innenfläche als auch an der radialen Außenfläche des Metallrings (12") anliegen.
7. Armierungsring (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasfaserring (14) den gleichen oder einen kleineren Innendurchmesser als der Metallring (12) aufweist.
8. Armierungsring (10, 10', 10") nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Metall- ring (12, 12', 12", 12"') aus Stahl besteht.
9. Armierungsring (10, 10', 10") nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Breite des minde¬ stens einen Metallrings (12, 12', 12", 12'") größer ist als seine radiale Höhe.
10. Armierungsring (10''') nach einem der Ansprüche 1, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stirnseite des Glas¬ faserrings (14'") mit einem Metallring (12"') zu einer Einheit verbunden ist.
11. Armierungsring (10''') nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasfaserring (14'") so¬ wohl einen größeren Außendurchmesser als auch einen ge¬ ringeren Innendurchmesser als beide Metallringe (12"') aufweist und beide Überstandsbereiche (16', 16'') in Richtung auf die Metallringe (12"') derart axial teil- weiεe versetzt sind, daß sowohl an der radialen Innen¬ fläche des einen Metallrings (12'") der eine Überstands¬ bereich (16') als auch an der radialen Außenfläche des anderen Metallrings (12''') der andere Überstandsbereich (16") anliegt.
12. Armierungεring (10''') nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Metallringe (12''') identisch ausgebildet sind.
13. Verfahren zur Herstellung eines Armierungsringes für Rotationskörper, beispielsweise Kommutatoren, mit den Verfahrensεchritten: a) Herstellen mindestens eines im Querschnitt recht¬ eckförmigen Metallrings, beispielsweise durch Aus¬ stanzen aus einem Blech oder Abschneiden von einem Metallrohr; b) Herstellen eines im Querschnitt rechteckförmigen Glasfaserrings durch Wickeln von Glasfasern unter Zuführung von Kunstharz mit einer größeren radialen Höhe als der mindestenε eine Metallring; c) stirnseitiges Zusammenfügen beider bzw. der Ringe; und d) Verschieben mindestens eines aus Glasfasern be¬ stehenden Überstandsbereichs axial in Richtung auf den bzw. die Metallringe derart, daß der jeweils verschobene Überstandsbereich sowohl an der radialen Oberfläche des bzw. der Metallringe anliegt als auch noch den übrigen Glasfaserring berührt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt d) ein Stanzvorgang ist, bei dem der mindestens eine Metallring ein Teil des Stanzwerkzeuges ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt d) ein Stanzvorgang ist, bei dem der mindestens eine Metallring ein Teil des Stanzwerkzeuges ist, und der zweite Teil eine aus Ausstanzungen gebildete Kreisnut in Kommuta¬ torsegmenten ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden Stirnseiten des Glasfaserrings jeweils ein Metallring angebracht wird, daß der Glasfaserring auch mit einem kleineren radialen Innendurchmesser als die Metallringe hergestellt wird, und daß die beiden Metallringe gleichzeitig in einem Schritt in den Glasfaserring derart eingedrückt werden, daß die beiden Überstandsbereiehe sowohl an der radialen Innenseite des einen Metallrings bzw. auch an der radialen Außenseite des anderen Metallrings anliegen und auch noch mit dem Tragteil des Glasfaserrings verbunden sind.
17. Verwendung des Armierungsrings (10) nach Anspruch 3 in einem Kommutator (22) , dessen Kreisnut (24) zur Aufnahme des Armierungsringε (10) in axialer Richtung derart abge¬ schrägt ist, daß der Glasfaserring (14) nach innen zur Achse gekippt und dadurch der Metallring (12) radial nach innen vorgespannt ist.
18. Verwendung eines Armierungsringε (10') nach Anεpruch 4 in einem Kommutator (22'), dessen Kreisnut (24') zur Auf¬ nahme des Armierungsrings (10') in axialer Richtung der¬ art abgeschrägt ist, daß der Glasfaεerring (14') nach außen zur Kommutatormantelfläche gekippt und dadurch der Metallring (12') radial nach außen vorgeεpannt iεt.
19. Verwendung eines Armierungsringε (10") nach Anspruch 5 in einem Kommutator (22''), dessen Kreisnut (24'') zur Aufnahme des Armierungsringε (10")derart auεgeformt ist, daß der Glasfaserring (14'') nach seiner Einbringung durch Kraftschluß gehaltert ist.
20. Verwendung des Armierungsrings (10') nach Anspruch 4 in einem Kommutator (22'"), dessen Kreisnut (28'") zur Aufnahme des Armierungsrings (10') an der der Achse des Kommutators (22"') benachbarten Wandung eine Wulst auf¬ weist derart, daß sowohl der Metallring (12') als auch der Glasfaserring (14) radial nach außen vorgespannt sind.
21. Verwendung eines Armierungsringε (10'") nach einem der Ansprüche 10 bis 12 in einem Kommutator (22a) , bei dem der eine Teil des eingesetzen Armierungsrings durch die Form der Anker der Kommutatorsegmente zugbelastet ist, und der Armierungsring nach dem Vergießen des Kommutators mit Vergußmasse vorgespannt bleibt.
22. Verwendung eines Armierungsrings (10''') nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker der Kommutatorseg¬ mente durch Einstemmen einer kerbförmigen Nut (27) oder Biegen verformt sind.
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