专利名称：鼓形换向器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种鼓形换向器，其具有一个由绝缘胶木制成的套筒形支承体、多个金属导体弧形件和同样数量的与这些导体弧形件导电连接的碳质弧形件。本发明还涉及一种制造这样一种鼓形换向器的方法。
对于某些确定的应用，尤其是那些待输送的电流与结构情况有关的那些应用，在电机中使用鼓形换向器，也称作滚筒式换向器，其中在一个与换向器轴同轴的圆柱体上设置有电刷接触表面。除了带有金属的电刷接触表面的鼓形换向器外，公知的本说明书开始提到的那类电刷接触表面设置在碳质弧形件上的鼓形换向器有各种不同结构。其中在一种公知结构中碳质弧形件成型环绕在导体弧形件四周。这样一种鼓形换向器及其合适的制造方法例如在欧洲专利说明书EP 0529911 B1中作了描述。此外，PCT国际专利申请公开说明书WO 99/57797 A1描述了一种相应的鼓形换向器及其合适的制造方法，该方法的特点是碳质弧形环绕导体弧形件成形。同样，在德国专利申请公开说明书DE 4241407 A1和美国专利说明书US 5789842 A作了类似的描述。
按照一种不同的结构，与导体弧形件无关地先制成一种包含有稍后形成的碳质弧形件的碳质套筒，此后再将该碳质套筒与导体弧形件导电连接。这种结构的鼓形换向器及其合适的制造方法在德国专利申请公开说明书DE 3150505 A1中作了描述。其中通过焊接将一个碳质套筒在端侧与一环形导体坯件导电连接。然后在该相应的单元内部注塑出一个由绝缘胶木块构成的套筒形支承体。最后通过沿轴向开槽将该碳质套筒和该导体坯件分割成各个弧形件。
尽管尚未公知该DE 3150505 A1中描述的鼓形换向器是否已成功地得以应用。但显然，由该文件公开的粗看起来具有令人信服的构造方式的鼓形换向器在实践中是不适用的。
如其他上面所提到的、在EP 0529911 B1和相当的公开文件中作了说明的、那种将质弧形件成形在导体弧形件上再进行烧结而成的、带有碳质电刷接触表面的鼓形换向器，在实践中同样未证明其实用性。在这种鼓形换向器中，总是在碳质弧形件和相应的导体弧形件之间观察到不良的接触。在这种情况下必须考虑这里所提到的这类鼓形换向器所经历的极端运行条件。出于此原因要求其总体上在可能到来的环境条件下(尤其是完全不同的燃料时)经受住运行温度为从-40℃到+110℃的几百次循环而不出故障。相应的严格试验指出，本说明书开始部分所提到的公知结构的鼓形换向器始终具有不允许的高阻抗(这意味着在碳质弧形件和导体弧形件之间接触不良)或完全失效。其原因可能在于连接在该换向器上的转子绕组的导线有规则地焊接在各导体弧形件上。由于绕组导线形成的很高的温度，相关的金属导体弧形件短时间内会膨胀达到一个明显的程度，接着再收缩。这不仅影响碳质弧形件和相应导体弧形件之间的机械连接；更会相应地损害各部分之间的导电连接而造成电阻增加。于是，这起到特别不利的作用，因为为通过导体弧形件的变型来制造碳质弧形件所采用的碳块本来就具有一个相当高含量(可达30％)的粘合剂，这本身就会导致减小导电性。
本发明在此现有技术的基础上所要解决的技术问题是提供一种实践中适用的、带有碳质接触表面的鼓形换向器以及其合适的制造方法。该鼓形换向器应当在紧凑的尺寸下仍然十分坚固耐用，且在可能的运行温度下满足严格的要求而不会加大阻抗，其中转子绕组的导线应当可焊接在导体弧形件上而不会损坏导体弧形件。
按照本发明，上述要解决的技术问题通过权利要求1所给出的方法来解决。一种应用本方法所制造的本发明的鼓形换向器由权利要求9给出。
本发明一个最重要的技术特征是在将那个在稍后方法步骤中通过切槽而使其分成各个碳质弧形件的碳质套筒与导体坯件组装时至少对该碳质套筒的径向内表面和一个轴向端面进行金属化，其中该碳质套筒的金属化径向内表面在将支承体注塑在由导体坯件和碳质套筒构成的复合部件上时被胶木覆盖。此时，以公知的方式(参见DE 3150505 A1)对至少一个轴向端面进行金属化应当保证通过焊接或其他公知的接合方法在碳质弧形件和导体弧形件之间形成导电连接。为了制造一个带有一金属化端面的碳质套筒，合适的还有所谓的“双材料压合”，在此方法中制成的碳质套筒带有一个本来就已金属化的端面。在那里，将碳粉末与一由金属粉末(如Ag、Ms、Cu)制成的端侧层一起置于一模具中进行加压，然后进行烧结。在此，金属层的厚度取决于换向器的尺寸，可以为如1至2mm。这种变化形式特别适用于鼓形换向器的干燥运行；由于未采用事后的金属化，其成本较低。与此相反，稍后对该碳质弧形件贴靠在支承体上的径向内表面进行金属化从另一方面看起到积极的作用，而且是双重作用。一方面，尤其在细长结构的鼓形换向器中，即在其轴向长度大于其直径的情况下，可以大大减少存在于碳质弧形件中的欧姆电阻。在这种情况下，在碳质弧形件的接触区和贴靠在电刷接触表面的刷子之间的电流主要在碳质弧形件的金属化内表面区流过，即在该碳质弧形件紧邻支承体的径向内部区域内流过。另一方面，碳质弧形件内表面的金属化导致这一区域强度的提高。尤其是，该碳质套筒由于金属化的内表面在那里能有效地得到保护而不受损害。由此使碳质套筒提高强度以及稍后由其得到的碳质弧形件允许制造带有相当小含量粘结剂(约2-5％)的碳质套筒，这再次起到了对碳质弧形件导电性有利的作用。于是，相对于公知结构而言，通过本发明对碳质套筒贴靠在支承体的内表面进行金属化既可直接、又可间接地大大减小该换向器的欧姆电阻。
本发明第二个重要的特征是制成的鼓形换向器中与导体弧形件的接线片相邻的部分具有一个环形封闭的基本为圆柱形的表面，该表面交替为属于支承体的胶木和属于导体弧形件的金属区。不同于DE 3150505 A1中的鼓形换向器，在本发明的鼓形换向器中在紧邻接线片的区域内没有那些任何现有技术用于将导体坯件分成各个导体弧形件所不可避免的轴向走向切口、轴向槽或其他凹槽。没有相应凹槽起到下述作用该换向器的与接线片相邻的连接区借助于一个有效作用的漆隔断层可以可靠地与转换区相隔开。这样有效地阻止了给稍后连接在该换向器上的相应电机的转子绕组提供保护的漆层游移到该转换区内而在那里影响换向器的功能。这相应地适用于带有封闭绕组(其中绕组连同换向器上的接线端用塑料进行包封)的转子。在制造这样的转子时，用于进行注塑包封该封装件的注塑工具密封地连接在环形封闭的、基本为圆柱形的表面，从而可靠地防止塑料侵入到转换区。由此产生了一种实践中适用的、满足要求的带有碳质接触表面的鼓形换向器。
因而，为了制造本发明的鼓形换向器，既要特别强调对碳质套筒的处理，又要特别强调导体坯件的结构。对导体坯件，按照权利要求1分别彼此相邻的导体弧形件各经一个桥形件彼此相连接，其中该桥形件径向内表面到换向器轴的距离基本上与导体弧形件径向外表面到换向器轴的距离相当。换言之，在导体坯件中使导体弧形件彼此相连接的桥形件径向向外偏移超出导体弧形件。由于该桥形件的径向内表面基本上位于与导体弧形件外表面到换向器轴相同的半径位置，则分别在两个彼此相邻的导体弧形件之间形成的支承体胶木肋条的延伸基本上相应于该导体弧形件的径向延伸。这再次有可能在将支承体注塑在由导体坯件和碳质套筒构成的复合部件上后通过简单地除去桥形件来制造与接线片相邻的、环状封闭的、交替为胶木区和金属区的、基本为圆柱形的表面。在此，该桥形件可以通过车削或者沿轴向冲掉或剪切掉。由此所需的花费小，且由此造成的材料损耗达到最少。用于将碳质套筒分切成各个碳质弧形件的切口行进到该碳质套筒几乎接近导体弧形件的端侧，因而该(最初较宽的、)环状封闭的、交替为胶木区和金属区的、基本为圆柱形的表面继续保留，至少局部得到保留。
对碳质套筒的径向内表面进行金属化处理如上面已详细论述的那样进行。金属化的厚度取决于该换向器的尺寸。然而通常说来，鉴于前面所说的双重作用金属化可实施得相对厚一些。优选按照换向器的尺寸金属化渗入到碳质套筒表面内的深度在10μm至200μm之间。
本发明方法的一个特别优选的改进方案是在将碳质套筒与导体坯件组装之前对该碳质套筒的全部表面，即两轴向端面、径向内表面和径向外表面进行金属化处理，尤其是进行电镀。这样一来该碳质套筒在进行余下的制造方法期间得到有效的保护而不会受到损害。然后在一个稍晚的方法步骤中，例如通过车削将成为此后电刷接触表面的径向外表面区域的金属化表面去除。此外，对于该碳质套筒两端侧的区域优选将在径向外边缘区的金属表面除去。在这种情况下，仅仅保留该碳质套筒或此后由此得到的碳质弧形件上或者与支承体的胶木相连接的或者与导体弧形件处于导电连接的那部分表面为金属化表面。
在这里需要指出的是，本发明的鼓形换向器是在邻近接线片处而不是在转换区内具有如上所述的环状封闭的、基本上为圆柱形的表面。此外，各碳质弧形件在电刷接触表面区域内通过一些空气隙而彼此隔开，这些空气隙是将碳质套筒分割成各碳质弧形件的切槽所形成的。每个空气隙尤其优选一方面由胶木体的胶木块、另一方面由碳质弧形件的切割面限定而成。或者换言之，尤其优选这些将碳质套筒分割成各碳质弧形件的切槽仅位于碳和胶木部分，而不进入导体坯件或导体弧形件的金属部分。在这种情况下在空气隙处没有露出金属。为此导体弧形件沿周边方向完全埋入在胶木中。因而，上面所说明的环状封闭表面的胶木区在本发明的这种改进方案中沿圆周方向比空气隙宽。
为制造上述换向器而针对性地所采用的导体坯件如前所述具有多个导体弧形件，这些导体弧形件中每两个彼此相邻的弧形件各自通过一个桥形件彼此相连接。该桥形件在侧边与导体弧形件相连接。该桥形件用于在制造鼓形换向器的方法中成型该导体坯件，其中桥形件保持导体弧形件直到注塑支承体之前彼此按预定的要求排列和定位。通过桥形件的这种布置和尺寸，在该管状导体坯件的两端侧形成一个环形的封闭面，该封闭面优先位于与轴相垂直设置的平面。带有相应端面的碳质套筒可以贴靠在这两个环形的封闭面之一上。该导体坯件的另一个环形的封闭面适用来作为在注塑由胶木制成的支承体时所使用的注塑工具相应一半的密封面。因而，由导体弧形件和桥形件环绕而成的封闭管状导体坯件与碳质套筒和注塑工具的两半部分一起密封地围成待填充胶木的空腔。
导体坯件的管状结构另外可以使注塑工具的两半在它们分别与导体坯件或碳质套筒间的密封面区域精确地相互对置。这一点考虑到高闭合力是特别合适的。因为这样一来，该闭合力会被导体坯件和碳质套筒接受而不会产生不允许的高应力和可能的变形。该闭合力在管状导体坯件和碳质套筒中引起的基本上只是压应力。
前面所述的由导体坯件和碳质套筒组装成的单元与注塑工具之间的关系尤其是在密封面方面的关系并不排除使每个密封地贴靠在碳质套筒自由端面上的半个注塑工具在导体坯件沿径向超出碳质套筒时还附加地贴靠在导体坯件上。尤其是相关的半个注塑工具可以贴靠在桥形件的端面，且在闭合该注塑工具时有助于沿轴向按照规定镦压导体坯件。
优选前面所说明的桥形件邻近导体弧形件处的壁厚明显小于分别位于导体弧形件之间的壁厚。这足以确保导体坯件的成型和承受在注塑由胶木制成的支承体时所出现的压力。
桥形件在其两端区域的小壁厚使得稍后在支承体成型后有效除去桥形件变得容易了。
前面所说明的桥形件的布置和尺寸使得有可能通过沿轴向剪切或冲切来除去桥形件。当桥形件如前面所述在导体弧形件的整个轴向长度延伸而形成一个管状的导体坯件和接线片径向从导体弧形伸出时，这尤其有意义。因为在这种径向伸出的接线片之间车去桥形件显然是不可能的。
本发明鼓形换向器的一个优选改进结构是这些导体弧形件分别具有一个带有接线片的厚壁连接区、一个与相应碳质弧形件接触的厚壁接触区和一个位于连接区和接触区之间的薄壁过渡区。换言之，对于这种改进的鼓形换向器有重要意义的是，导体弧形件不是设计得其壁厚到处基本相等，而是导体弧形件不同区域的壁厚明显彼此不同，即在用于连接转子绕组的连接区和使导体弧形件和相应碳质弧形件成导电连接的接触区之间存在一个相当薄的薄壁过渡区。在此意义下，该过渡区垂直于从接线片到接触区的热流方向的壁厚小于连接区沿径向测量的壁厚和所涉及的导体弧形件的接触区通常沿轴向测量的壁厚，其中，所述连接区沿轴向和沿圆周方向设计成具有相对较大的尺寸(参见后面所述)。导体弧形件这样一种结构的优点在于对于具有最外层紧凑小尺寸的鼓形换向器，在将绕组导线焊接到导体弧形件的连接区时不会导致由过热而对导体弧形件和碳质弧形件的导电连接产生损害。因为导体弧形件的厚壁连接区由于其高热容量而成为焊接过程中产生的热量的热汇。从连接区到接触区的薄壁过渡区与此相反由于其垂直于热流方向的小横截面对于从导体弧形件的连接区到接触区的导热成为一个相当大的热阻。且厚壁接触区再次对于通过过渡区导送来的、本来已减小的热能成为一个特有的热汇。结果，在将转子绕组的导线焊接在导体弧形件上时导体弧形件的接触区被加热一个特别小的量。在采用本发明这种改进结构时，即使使用传统的焊接方法也可使得将转子绕组焊接到鼓形换向器上时对碳质弧形件和导体弧形件的导电连接产生损害的危险降到最小。甚至允许通过锡焊使碳质弧形件与导体弧形件形成可靠而持久的导电连接，因为在接触位置所出现的温度可靠地低于锡焊料的软化点。这甚至适用于十分紧凑的鼓形换向器。
为清楚起见，在此指出，关于过渡段应当依据什么设计成“薄壁”的论述不可以局限地理解成连接区和接触区经一个壁部件而连接。而应将“薄壁”理解成，该用于进行热传导的、位于连接区和接触区之间垂直于热流方向延伸的横截面小于连接区或接触区。就这一点来说，横截面收缩形成了一个本发明意义下的薄壁过渡区，这一点也会从下面对于一个优选实施方式的详细描述中看出。
上面所说明的按照本发明对碳质套筒的径向内表面区域进行金属化导致在该碳质套筒的非金属化区域的大面积电流导入。与那些向碳质弧形件的电流导入仅在其与导体弧形件导电区域完成的结构进行比较，这种结构开拓了这样的可能导体弧形件和碳质弧形件的导电连接的区域相当小，并设置在一个从制造技术或热技术来看为最佳的位置。这样一种在导体弧形件和碳质弧形件之间的导电连接的面积收缩减小了在焊接转子绕组时由温度引起的导体弧形件的膨胀和随后收缩所产生的负面作用。就这一点，还存在着对导电连接的持久性和该鼓形换向器的运行可靠性所起的积极作用。
在上面所述意义下，导体弧形件和碳质弧形件之间的导电连接设置在导体弧形件远离接线片的径向内部区域。尤其在这里各自的导电连接可以局限在导体弧形件和碳质弧形件的彼此对置、彼此贴靠的固定段(参见后面)。
上面所说明的本发明在一个导体弧形件的连接区和接触区之间为薄壁过渡区的改进结构通常不仅仅以其导热性能或其热阻(见前面所述)为优点。此外，还要强调此由薄壁过渡区在制造鼓形换向器期间所提供的该导体弧形件的轴向柔度和可镦压性。这样一种可镦压性(例如直至2％)就该用于注塑支承体的注塑工具的可靠密封而言是有利的。通常由此而补偿了制造公差。这样一来，换向器可以与在经济地制造碳质套筒和导体坯件时所不可避免出现的公差无关地在注塑工具中精确地按照其额定尺寸制成。对作用在碳质套筒上的压力的有效限制则减小了在制造鼓形换向器期间损害碳质套筒的危险和以这种方式来减少废品。本发明还可以使该碳质弧形件由较软的与塑料复合的碳来制成，这对于换向器的使用寿命是特别有利的。
按照一种上面已简单提到的、另一个本发明的优选改进结构，导体弧形件的过渡区与碳质弧形件相隔开，而连接在导体弧形件的接触区。这样一来，在一方面为导体弧形件的连接区(必要时加上过渡区)、另一方面为碳质弧形件两者之间形成一个由胶木层填入的间隙。过渡区连接在接触区而与所涉及的导体弧形件和相应的碳质弧形件之间的接触面相隔开再次起到了减少从导体弧形件的连接区到碳质弧形件的热传递的作用。此外，胶木层的作用在于进一步保护导体弧形件的接触区和碳质弧形件之间的导电连接而免受侵蚀介质的影响以及保护碳质套筒防止在将转子绕组焊接在导体弧形件时使其直接过热。
在本发明所述的改进结构的范围内就过渡区的定向而言存在一个设计范围。从热技术观点考虑，过渡区尤其可以沿径向走向和沿轴向走向，其中还可想到任意倾斜的中间位置。
就前面优选说明的导体弧形件在其不同区域具有不同壁厚而言，已经证明，象制造本发明鼓形换向器所采用的那样，通过一种组合的挤压和冲压法来制造一个导体坯件是特别有利的。首先通过挤压制造一个具有厚壁连接区、薄壁过渡区和厚壁接触区的皿状基体，其中接触区以及必要时连同过渡区还上下相连形成一个封闭的环。然后通过冲压将基体的底分段。
导体弧形件各个区的理想尺寸，尤其是不同的壁厚和它们彼此的关系取决于不同的影响量。然而在导体弧形件的过渡区垂直于热流方向的横截面小于接触区同样垂直于热流方向的横截面的80％的情况，已经指出在碳质弧形件和导体弧形件之间的导电连接具有相当长的使用寿命。尤其优选横截面的差别更大，其中导体弧形件过渡区的横截面小于接触区的横截面的60％。只要平坦结构的过渡区与碳质弧形件相隔开地连接在导体弧形件的接触区，这就加大了导体弧形件过渡区到碳质弧形件的距离。
本发明的另一种优选结构是接线片在端侧是弯折倾斜的。这样一种偏向相应导体弧形件的外圆周表面的弯折倾斜减小了弯出导体弧形件的接线片和与导体弧形件靠近的碳质弧形件连接处之间的接触表面。这又对于尽可能少地将那些在转子绕组的导线被焊接到导体弧形件时所产生的热量传递到导体弧形件和碳质弧形件之间接触面区域内的导电连接部位上而言是有利的。
就本发明对碳质套筒进行金属化来说，合适的方法是公知的电镀方法。在这种情况下合适的是将碳质套筒的整个表面金属化(参见前面所述)。然而可想到的是还可通过将金属粉末(尤其是可能镀银的铜粉末或银粉末)高压挤压、然后进行烧结来实现对碳质套筒的金属化。
就本发明鼓形换向器的一种特别可靠的、长寿命的结构而言，其碳质弧形件和导体弧形件优选通过一个径向向内延伸的固定段而固定在支承体上，这些固定段被埋入到支承体中而形成咬边。碳质弧形件的固定段与导体弧形件的固定段完全不需要具有相同的横截面。当导体弧形件的固定段相对于碳质弧形件的固定段具有一个略有减小的横截面时，这是特别有利的。
碳质弧形件的固定段通过上面所说明的对碳质套筒的径向内表面所进行的金属化而具有一层金属外壳，这在对碳质套筒两端面也进行金属化的情况，该金属外壳甚至完全包围该固定段。
尤其优选碳质弧形段沿着其整个轴向长度延伸。与此相反，导体弧形件的固定段可以局限在与接触面相邻的区域。为了使导体弧形件最佳地固定在支承体上还可以在导体弧形件上设置固定爪。在此意义下，尤其是导体弧形件的固定段可以过渡成基本上沿轴向定向的固定爪。其他的固定爪优选与该导体坯件的与接触面相对置的端侧相邻地、并靠内地设置在导体弧形件上。
由上述对本发明的说明可知，本发明提供了一种具有迄今尚未公知性能的鼓形换向器。尤其本发明的鼓形换向器在低制造成本条件下具有以高稳定性为基础的优良质量，其中可以具有特别小的尺寸。因而可以特别方便地构造注塑工具。此外，导体坯件可以具有一个内部和外部都直通的轮廓，从而可将其置于一个铸模中。
下面结合两个在附图中示出的优选实施方式对本发明作详细说明
图1为本发明鼓形换向器第一种优选实施方式的透视图；图2为图1所示鼓形换向器的纵剖图；图3为制造图1所示鼓形换向器所采用的导体坯件的透视图；图4为图3所示导体坯件在另一视向的透视图；图5为制造图1所示鼓形换向器所采用的碳质套筒的透视图；图6为图5所示碳质套筒在另一视向的透视图；图7为由图3和4所示导体坯件和焊在其端侧的、图5和6所示碳质套筒构成的单元的透视图；图8为图7所示单元在另一视向的透视图；图9为本发明鼓形换向器第二种优选实施方式的透视图；图10为图9所示鼓形换向器的纵剖图；图11为图9所示鼓形换向器沿着另一个与图10不同的轴平面的纵剖图。
在图1和2示出的鼓形换向器包括一个由绝缘胶木制成的支承体1、八个均匀围绕轴2分布设置的金属导体弧形件3和八个各自与一个导体弧形件3导电连接的碳质弧形件4构成。该支承体1具有一个中心孔5。在此范围，图1和2中的鼓形换向器与德国专利申请公开说明书DE 3150505 A1这一现有技术相当，因而其基本结构无需再作详细说明。
铜制导体弧形件3如同在下面所作的详细说明那样从图3和4所示导体坯件得来。它包括两个主区，即连接区6和接触区7。每个连接区6设置一个接线片8。它们用于使一绕组导线与该有关导体弧形件3成导电连接。该接线片8在其端侧有一个弯折，更确切地说在那个当鼓形换向器制成时径向向内朝向并与相关导体弧形件3的相应连接区6相邻的表面上弯折。
为了使导体弧形件3较好地固定在支承体1上，每个导体弧形件3的连接区6设置了一个向内倾斜的固定爪10。为此同样目的，在导体弧形件3接触区7径向向内的端部成形为固定段11。在制成的鼓形换向器中该固定段11嵌入到支承体1的胶木块中；这些固定段沿着换向器轴2延伸，从而该固定段11在该支承体1处形成后凹区。该固定段11过渡成一个较宽的叉形固定爪12。
导体弧形件3的接触区7整个面积贴靠在碳质弧形件4的端侧接触面13上。在这样形成的接触面区域内，碳质弧形件4与相应的导体弧形件3通过焊接而成导电连接。
支承体1具有一个凸缘14，该凸缘覆盖住碳质弧形件4自由端侧15的径向内部区域，且沿轴向稍稍超过该碳质弧形件4。为了接纳支承体1的凸缘14，该碳质弧形件4的自由端15成台阶形。
在图上同样示出了轴向切槽16，在制造平面换向器时用该轴向切槽将最初为一整块的碳质套筒(参见图5和6)分割成各个碳质弧形件4，该轴向切槽16沿径向延伸直到支承体1中，于是将最初为一整块的碳质套筒分成八块彼此可靠绝缘的碳质弧形件。轴向切槽沿轴向延伸不超过换向器轴向总长。宁可该轴向切槽16停止在碳质弧形件4与导体弧形件3彼此相连接的连接处17的相邻位置。由此在轴向切槽16的终止面18和接线片8之间的区域形成一个交替为支承体1胶木区和导体弧形件3金属区的环形封闭圆柱形表面19。
图3和图4图示了在制造图1和图2所示鼓形换向器时所使用的导体坯件的两个不同方向的透视图。该导体坯件的许多细节直接由前面对图1和图2的说明给出；就此而言涉及上述实施方式。该导体坯件的一个重要特征是其在整个周边封闭的管形结构。在各两个连接区6之间有一个桥形件20。导体弧形件的桥形件20和连接区6具有同样的轴向延伸，并沿着它们的整个轴向延伸彼此相连接。因而在导体坯件的两个端侧形成交替由导体弧形件3和桥形件20的端侧面组合而成的封闭环形面21和22。如前面所述，这对于一方面为注塑工具和另一方面为碳质套筒在导体坯件上的密封连接是特别有利的，其中鉴于特别高的喷注压力所要求的高闭合力不会导致该导体坯件产生有害的变形。
桥形件20与导体弧形件3的连接通过相应选择槽23的尺寸可制成相对薄壁结构。这允许在注塑支承体1之后可以通过沿轴向冲击或剪切的一次加工过程将该桥形件20完全或局部除去。为此，通常该桥形件20的径向内周边表面到换向器轴2的距离基本上相应于该导体弧形件3的连接区6的径向外周边表面到换向器轴2的距离。在注塑支承体1时用胶木来充填形成相应的胶木肋条24。每个胶木肋条24通过稍后除去桥形件20(见前面所述)而被露出来。该胶木肋条24的径向外表面和导体弧形件3的径向外表面一起形成带有交替胶木区和金属区的环形封闭圆柱区，如同前面所作的说明那样。
图5和图6图示的碳质套筒的基本细节也已经从对图1和图2所示制成的鼓形换向器所作的说明中得知。就此而言涉及相应的实施方式。在图5中可很清楚地看出这种碳质套筒端侧(在制成鼓形换向器后成为其自由端25)的台阶结构。在图6中示出的该碳质套筒的对置端侧与此相反设计成平的。这一端侧是与导体坯件进行焊接的端侧。碳质套筒的周边表面26成为该制成的鼓形换向器稍后的电刷接触表面27。
碳质套筒的内周边表面设计成齿状，其中此处固定段径向向内伸出。该固定段28在碳质套筒的整个轴向长度上延伸。在制成的鼓形换向器上该固定段嵌入到该支承体1的胶木块中；其沿着换向器轴的方向沿伸，于是该固定段28在该支承体1处形成后凹区。
图5和图6中图示的碳质套筒在其与导体坯件连接之前不仅在其朝向导体坯件的端侧、而且在其内周边表面进行金属化，例如通过在其表面压入金属粉末、紧接着进行烧结，或者通过电镀。
图9、图10和图11的鼓形换向器与图1和图2中的鼓形换向器不同之处首先在于导体弧形件3′的改型结构。其在与接触面17相邻的外周边处具有一个沿圆周方向延伸的空隙29。该空隙起到区分导体弧形件3′三个主区(即连接区6′、接触区7′以及连接接触区7′和连接区6′的过渡区31)的作用。该过渡区31在此实施方式中设置得与换向器轴2相倾斜。
在此，确定该导体弧形件3′在其各不同部段上的尺寸具有特别重要的意义。当连接区6′沿其径向测量的厚度与该接触区7′沿其轴向测量的厚度大时，该过渡区31垂直于导体坯件内部热流方向的横截面特别小；换言之，该过渡区31为形成一个热阻设计成为特别薄的薄壁结构。过渡区31以与碳质弧形件4′相隔开的方式连接在接触区7′，从而使得一方面为导体弧形件3′的连接区6′和过渡区31及另一方面为碳质弧形件4′之间不相接触。
在注塑支承体1之前，对该碳质套筒朝向导体坯件的、最初为平的端面沿一径向外边缘区进行车削以除去在那里最初存在的金属化表面以形成一个台阶32。就此而言，在注塑支承体1时形成的胶木肋条30不仅延伸到该导体坯件的空隙29中而且还延伸到相应的该碳质套筒的台阶32中。在导体弧形件3和碳质弧形件4之间的导电连接局限在沿径向靠内的区域中，其中导体弧形件3的固定段11贴靠在该碳质弧形件4的固定段28上。
如同对图1和2中鼓形换向器所适用的情况，在图9、图10和图11中所图示的鼓形换向器中支承体的凸缘14仅仅覆盖住该碳质弧形件端侧15的径向内部区域。在环形区33和在电刷接触区27将最初存在的金属化表面车去。用于对支承体1进行注塑的注塑工具紧密地贴靠在碳质套筒端侧的环形区33。
权利要求
1.一种用于制造一个鼓形换向器的方法，该鼓形换向器具有一个由绝缘胶木制成的套筒形支承体(1)、多个金属导体弧形件(3，3′)和同样数量的与这些导体弧形件(3，3′)导电连接的碳质弧形件(4)，该方法包括下述步骤-制造一个具有多个导体弧形件的金属导体坯件，这些导体弧形件中每两个互相相邻的弧形件分别经一桥形件(20)彼此相连接，其中这些桥形件(20)的径向内表面到换向器轴(2)的距离基本上相应于该导体弧形件(3，3′)的径向外表面到该换向器轴(2)的距离；-制造一个外表面(26)基本上为圆柱形的碳质套筒，其中至少该碳质套筒的径向内表面和一轴向端面进行了金属化；-将该导体坯件与该碳质套筒沿轴向组装起来，使得在该导体弧形件(3，3′)和该碳质套筒的金属化端面之间形成导电接触面(17)；-用一注塑工具在该由导体坯件和碳质套筒构成的复合部件上注塑出一个由绝缘胶木构成的支承体(1)，其中该碳质套筒的金属化径向内表面被胶木覆盖；-除去所述桥形件(20)，由此形成一个环状封闭的、交替为胶木区和金属区的、基本上为圆柱形的表面(19)；-通过在该碳质套筒上切割出在径向深度直达支承体(1)的轴向切槽(16)来形成碳质弧形件(4)，这些轴向切槽在位于每两个导体弧形件(3，3′)之间的轴向平面内延伸，其中，所述环状封闭的、交替为胶木区和金属区的、基本为圆柱形的表面(19)至少局部得到保留。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述用于将碳质套筒分成碳质弧形件(4)的切槽(16)仅仅通过碳和胶木块，而不行进通过该导体坯件或该导体弧形件(3，3′)的金属。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述导体弧形件(3，3′)具有基本上沿径向直立的接线片(8)，其中，所述在导体坯件整个轴向长度上延伸的桥形件(20)至少局部通过轴向剪切被除去。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于所述在导体弧形件(3，3′)和碳质套筒之间的导电连接通过焊接而制成，其中该焊接连接局限在该导体弧形件(3，3′)端面的径向内部分区。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于将所述碳质套筒的全部表面金属化，其中在将所述导体坯件与该碳质套筒组装之后、尤其在注塑出支承体之后，至少对该碳质套筒的径向外表面进行加工以除去该金属化的表面。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于在将所述碳质套筒与所述导体坯件组装之后、尤其在注塑出支承体(1)之前，对该碳质套筒的两端侧的外部环形区域进行加工以除去此处的金属化的表面。
7.按照权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于在将所述导体坯件与所述碳质套筒组装之后、尤其在注塑出支承体之前，在该碳质套筒上与该导体坯件相邻处加工出一条向外敞开的环形槽。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于用于注塑出所述支承体的注塑工具的两个对半部分密封地贴靠在两个彼此对置的环形封闭密封面上，这两个密封面中的一个位于该导体坯件的自由端侧，另一个则位于该碳质套筒的自由端侧。
9.一种用于电机的鼓形换向器，其包括一个由绝缘胶木制成的套筒形支承体(1)、多个带有设置其上的接线片(8)的金属导体弧形件(3，3′)和同样数量的与这些导体弧形件(3，3′)导电连接的碳质弧形件(4)，其特征在于该鼓形换向器在所述导体弧形件部分具有一个与接线片(8)相邻设置的、环状封闭的、交替为胶木区和金属区的、基本上为圆柱形的表面(19)以及在所述碳质弧形件(4)部分具有一个与所述支承件相连接的金属化内表面。
10.按照权利要求9所述的鼓形换向器，其特征在于所述各导体弧形件(3，3′)沿圆周方向完全嵌埋在胶木块中，从而在将所述碳质弧形件(4)彼此隔开而形成空气隙的切槽(16)中不会露出该导体弧形件(3，3′)的金属。
11.按照权利要求9或10所述的鼓形换向器，其特征在于所述碳质弧形件(4)和所述导体弧形件(3，3′)具有径向向内延伸的固定段(28；11)，它们埋入到所述支承体(1)中形成咬边。
12.按照权利要求11所述的鼓形换向器，其特征在于所述碳质弧形件和所述导体弧形件仅仅在彼此相对设置的固定段区域内彼此导电连接。
13.按照权利要求9至12中任一项所述的鼓形换向器，其特征在于所述导体弧形件(3′)分别具有一个带有一接线片(8)的厚壁连接区(6′)、一个与相应的碳质弧形件(4)相接触的厚壁接触区(7′)以及一个位于该连接区(6′)和该接触区(7′)之间的薄壁过渡区(31)。
14.按照权利要求13所述的鼓形换向器，其特征在于所述过渡区基本上径向朝向换向器轴(2)地取向。
15.按照权利要求13所述的鼓形换向器，其特征在于所述过渡区(31)相对于换向器轴(2)成倾斜取向。
16.按照权利要求13至15中任一项所述的鼓形换向器，其特征在于在所述导体弧形件(3′)的连接区(6′)和所述碳质弧形件(4)之间分别存在一个胶木肋条(30)。
17.按照权利要求16所述的鼓形换向器，其特征在于所述胶木肋条(30)的轴向厚度至少为0.5mm。
18.按照权利要求9至17中任一项所述的鼓形换向器，其特征在于所述接线片(8)在其端侧是弯折倾斜的，其中该倾斜是朝向所述导体弧形件(3，3′)的外圆周表面。
19.按照权利要求13至18中任一项所述的鼓形换向器，其特征在于所述导体弧形件(3，3′)和所述碳质弧形件(4)在接触面(17)区域内彼此相对的端面是平面。
20.按照权利要求9至19中任一项所述的鼓形换向器，其特征在于所述碳质弧形件(4)与所述导体弧形件(3，3′)相背的端侧(25)在一径向内部区域内被所述支承体(1)的一个凸缘(14)覆盖。
21.按照权利要求20所述的鼓形换向器，其特征在于所述支承体(1)的凸缘(14)沿轴向超出所述碳质弧形件(4)的端面。
全文摘要
本发明公开了一种鼓形换向器及其制造方法。该鼓形换向器具有一个由绝缘胶木制成的套筒形支承体(1)、多个带有设置其上的接线片(8)的金属导体弧形件(3)和同样数量的与这些导体弧形件(3)导电连接的碳质弧形件(4)。所述鼓形换向器还具有一个与接线片(8)相邻设置的、环状封闭的、交替为胶木区和金属区的、基本上为圆柱形的表面(19)以及在碳质弧形件(4)部分具有一个与所述支承件相连接的金属化内表面。在制造这样一种鼓形换向器时优选首先将这些导体弧形件(3)经桥形件连接成一个导体坯件，在将导体坯件与碳质套筒组装以及注塑支承体之后再将这些桥形件除去。
文档编号H02K15/02GK1504005SQ02807272
公开日2004年6月9日 申请日期2002年3月20日 优先权日2001年3月29日
发明者乔兹·波托克尼克, 乔兹 波托克尼克 申请人:科莱克托公司