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"Agencement de frotteurs en charbon cintrés pour archets de prise de courant"..
La présente invention a pour objet un agencement de frot- teurs en charbon cintrés pour archets de prise de courant.
Les archets cintrés avec frotteur en charbon,composés de segments ou formant une seule pièce sont connus en eux-mêmes.
Le charbon y est logé dans une armature métallique qui embrasse le frotteur de l'extérieur.On a également fait connaître récem- ment des archets à frotteur en charbon à monture intérieure, qui présentent une grande stabilité en comparaison des dispo- sitions connues auparavant.Le métal n'y apparaît en aucup point de toute la longueur de frottement.Or,dans l'exploitation de chemins de fer rapides, pour laquelle l'archet cintré à frot- teur en charbon entre principalement en considération,il se produit souvent des sollicitations extrêmes du frotteur qui peuvent amener le charbon à se courber et à se casser,ce qui
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peut rendre le trafic très dangereux,car dans certaines circons- tances,le conducteur aérien se rompt tombe.
Le présent agencement obvie dans une très grande mesure à la possibilité d'une flexion du frotteur en charbon,ce qui exclut par ce fait même le danger de rupture,car le charbon est excessivement résistant à la compression.
Les dessins ci-points représentent schématiquement les ef- fets des forces en jeu et le moyen de les rendre inoffensives.
Fig.l montre un frotteur en charbon cintré à monture inté- rieure muni de pièces de bout et d'une armature auxiliaire,et les deux cornes.
Fig. est une vue en élévation à une échelle agrandie, avec une coupe partielle, de la pièce de bout.
La fig.S montre à une échelle encore plus grande la pièce de bout et les efforts auxquels elle est soumise.
Fig.4 montre schématiquement les couples de torsion s'exerçant au point d'appui.
Fig.5 et 6 montrent une variante des fig.3 et 4.
Fig.7 et 8 montrent une autre variante des fig.3 et 4.
Fig.9 et 10 montrent encore une autre variante de la forme de réàlisation selon les fig.3 et 4.
Fig. 11 et 12 représentent en coupe transversale et en coupe longitudinale un frotteur en charbon à monture intérieure.
Fig.13 et 14 montrent le même agencement, mais avec une ar- mature-support placée à l'intérieur du frotteur avec une masse de remplissage coulée.
Fig.15 et 16 sont des vues en coupe transversale et en coupe longitudinale d'un frotteur en charbon à monture extérieu- re, dans lequel le charbon est encastré par pression dans l'ar- mature.
Fig.17 et 18 représentent également un frotteur en charbon à monture extérieure dans lequel le charbon est enfilé sur
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l'armature et le jeu entre cette dernière et le charbon est rempli de masse coulée.
Fig. 19 est une vue correspondante à la fig l;il s'agit ici d'un frotteur en charbon avec monture extérieure conforme aux fig.15 à 18 inclusivement.
Fig.20 montre en élévenion, avec coupe partielle, et à une échelle agrandie la fixation des frotteurs en charbon à monture extérieure à la boucle de l'archet.
Dans les fig.l à 4,k est l'archet avec des cornes montan- tes fixées à l'archet à l'aide des vis .Les cornes f possè- dent des pivots e sur lesquels les pièces de bout d sont mon- tres de manière à pouvoir tourner. Dans ces pièces de bout est vissé en ± un tube métallique b qui supporte le corps en charb a en traversant les passages y pratiqués. sont les manchons pour le tirant h y fixé à l'aide des écrous h'.De cette maniè- re,les deux pièces de bout,bien que déjà rigidement réunies par filetage en ± avec le charbon,sont en outre,mises sous @ tension par le tirant h qui forme la corde du frotteur en charbon en arc-de-cercle,
Dans la fig.l,S1 est la ligne des centres de gravité,c'est- à-dire,
la ligne qui relie les centres de gravité des sections normales du frotteur.La pression Po agissant,par exemple, au milieu de l'archet, sollicite ce dernier à la compression et à la flexion au centre de gravité So.Les efforts de compression se propagent dans les deux sens dans la direction du frotteur suivant l'axe S' et sont absorbés par les pièces de bout d.
Dans la figure 3 cet effort est représenta par P1 et agit dans le prolongement du pivot fileté ±.Cependant,par suite de la sollicitation à la flexion, il se produit aussi ,du côté infé- rieur de la pièce de bout d,une sollicitation dans la direction de la force P2.Etant donné que la pièce de bout s'appuie rigi- dement sur le tourillon c au point o,les deux forces agissent
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avec les bras de levier x et y et tendent à faire tourner la pièce de bout.Le tirant h agissant à la manière d'une corde et fortement tiré en g,provoque,cependatn,de son côté de nou- @ veau un moment de torsion vers la gauche 1'3.Ces trois efforts les plus importants,
doivent être dirigés @'un par rapport à l'autre de manière telle que la somme de tous les couples de torsion soit égale à Q,car autrement,le. pièce de bout peut cé- der,l'archet peut se plier et le charbon peut se casser.Or, la disposition des appuis est possible selon différents points de vue;ainsi,par exemple,de la manière déjà décrite,telle que schématisée de nouveau dans les fig.3 et 4.Ici la poussée SK= P1 agit vers la gauche au point d'appui 0 avec un bras de levier x,l'effort de flexion P2, vers la droite avec un bras de levier z,l'effort de traction = P3 à gauche avec le bras de levier z;
les deux moments de torsin à gauche doivent,par con- séquent,équilibrer le moment de torsion à droite pour que l'archet ne subisse pas de déformation.
Les fig. 5 et 6 représentent une autre forme de réalisa- tion.a' est le frotteur,]2.1 l'armature intérieure,-' le pivot fileté qui relie les pièces de bout d' avec le tube support b', h' sont les tirants,e sont les pivots tournants.Les piè- ces a',b',d' et h' sont disposées ici de manière telle que la poussée 3? 1 passe par le point d'appui o' et ne donne,par conséquent,lieu à aucun moment de torsion.Les deux forces P2 et P3 sont opposées quant à leur moment de rotation et ces moments doivent être égaux (P3.z'= P2.y')
Dans la réalisation selon les fig.
7 et 8,a2 sont les frotteurs en charbon,b2 est l'armature support antérieure, d les pièces de bout.e sont les pivots tournants,h2 les tirants.L'effort de traction P3 dû aux tirants h2 passe par le point O2 et les forces P' et P2 sollicitent la pièce de deux côtés opposés.Par conséquent,le moment de la force
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p3 est nul et les moments des forces P' et s'équilibrent selon l'égalité P'.x ; p2,y2.
Dans 14,réalisation selon les fig. 9 et 10,a3 sont les frotteurs,b3 l'armature intérieure,d3 les pièces de bout,e3 le pivot et h3 les tirants.La disposition est telle que la plus grande force,l'effort de flexion P2 passe par le point o3 et ne provoque aucun moment de torsion.Lesdeux autres formes
P' et P3 tendent à tourner vers la gauche et leurs moments
P.x3 et P3.z3 s'opposent à la flexion.Cette construction est particulièrement avantageuee. Des essais ont montré,que le minime moment de torsion vers la gauche, qui s'y produit,est absorbé par la corne f et est compensé.
On obtient selon tous les exemples de réalisation précités un frotteur très résistant,capable de.résister aux sollicita- tions les plus élevées,car la possibilité de pliage étant sup- primée,le frotteur cintré ne travaille qu'à la compression.
Tout danger pour le fil aérien est,de ce fait,écarté.
Il est de la plus grande importance au point de vue de ces @ dispositions,qu'il existe entre le frotteur en charbon et l'ar- mature support,et que ces deux pièces soient sollicitées d'une manière uniform.A cet effet,il est nécessaire que ces derniè- res se soutiennent mutuellemtn.Ainsi qu'il fut démontré par des essais cela se présente le plus souvent lorsque les axes de centres de gravité de ces deux corps coïncident.
Ainsi qu'il est connu,par exemple,en cas de sollicitation à la flexion due à la force Q,l'effort de compression et l'effort de traction sont nuls dans la ligne des centres de gravit'(ligne de zéro); d'un côté de cette dernière agissent les efforts de traction et de l'autre c8té les efforts de compression.Dans les fig.ll et 12 le centre de gravité du charbon a et celui de l'armature b coïncident et, par conséquent,les efforts de traction et de compression des deux corps coopèrent.Dans ces figures,l'arma- ture-support b est forcée dans le charbon a.Dans les fig.13 et
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14 l'armature-support b est introduite dans le charbon a et le jeu entre eux est rempli d'une masse coulée i adhérant fortement aux deux pièces.Une masse de remplissage de cette espèce est constituée,par exemple,
par du soufre ou un métal point de fusion bas,comme le plomb ou l'étain ou bien les alliages à point de fusion bas/comme par exemple,lesalliages de plomb,antimoine et étain,auxquels peut être ajouté du cui- vre,ensuite les métaux antifriction,tels que,par exemple,le mé- tal blacçl'aluminium,le magnésium et les alliages de ces deux derniers métaux.L'agent de liaison métallique est versé dans l'espace annulaire,après que la barre b et le corps en char- bon a,ont été chauffés au préalable.Le frotteur acquiert de ce fait une résistance très élevée et les efforts sont trans- mis ensemble.
Ce mode de liaison est tout particulièrement efficace dans le cas d'une armature qui maintient le charbon par l'ex- térieur,telle que représentée à titre d'exemple dans les fig.
15 à 18.Dans les fig.15 et 16 le charbon a5 est pressé dans l'armature b.Dans les fig.17 et 18 le corps en charbon a6 est glissé librement dans l'armature b6 et l'espace libre entre ces derniers est rempli d'un corps de liaison.De cette manière,les efforts s'exercent dans une même direction et en coopération.La ligne de centres de gravité et la ligne de zéro So sont communes aux deux corps.Si,par contre,le corps en char- bon n'est placé que d'une façon lâche dans le support, la ligne de centres de gravité est distincte de celle de o (S1 et S2). ainsi qu'il est représenté dans la fig.17.Chaque partie est sollicitée séparément et- elles glissent l'une par rapport à l'autre le long de la surface de contact et travaillent,par conséquent,à la manière des lames de ressort superposées.
Les fig.19 et 20 montrent la manière dont les frotteurs sont fixés sur l'archet de prise de courant dans le cas d'une monture extérieure.La prise de courant k,les cornes f,les
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pièces de bout d,les tirants h et les pivots 0 sont les mêmes que dans les fig.1 et $.Sur les pièces de bout d est fixée,par filet en ±!.,une barre ou tube métallique .!!!. Une barre métalli- que b5 est fixée à ce tube,par exemple,par soudure et porte le cr corps en charbon a5.
REVENDICATIONS.
1.Agencement de trotteurs en charbon cintrés pour archets de prise de courant,caractérisé en ce que le frotteur et l'ar- mnatute-support possèdent un axe de centres de gravité commun, de sorte que les efforts de flexion,qui se produisent,possèdent également une ligne de zéro commune,la capacité de ces deux corps de supporter des charges étant de ce fait amenée jusqu'au maximum.
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"Arrangement of curved carbon brushes for socket-outlets" ..
The present invention relates to an arrangement of bent charcoal rubbers for socket bows.
Curved bows with a charcoal slider, composed of segments or forming a single piece are known in themselves.
The charcoal is housed therein in a metal frame which embraces the slider from the outside. Recently, carbon brush bows with an inner mount have also been introduced which exhibit great stability compared to previously known arrangements. The metal does not appear there at any point along the entire friction length. However, in the operation of high-speed railways, where the arched carbon-friction bow is chiefly a consideration, there are often extreme stresses on the wiper which can cause the carbon to bend and break, which
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can make traffic very dangerous, because in certain circumstances the overhead conductor breaks and falls.
The present arrangement obviates to a very great extent the possibility of bending of the carbon slider, thereby excluding the danger of breakage, since the carbon is excessively resistant to compression.
The drawings below represent schematically the effects of the forces involved and the means of rendering them harmless.
Fig. 1 shows an internally mounted bent charcoal slider with end pieces and an auxiliary frame, and the two horns.
Fig. is an elevational view on an enlarged scale, with a partial section, of the end piece.
Fig. S shows on an even larger scale the end piece and the forces to which it is subjected.
Fig. 4 schematically shows the torsional torques exerted at the fulcrum.
Fig. 5 and 6 show a variant of fig. 3 and 4.
Fig. 7 and 8 show another variant of Figs. 3 and 4.
Fig.9 and 10 show yet another variant of the embodiment according to Figs.3 and 4.
Fig. 11 and 12 show in cross section and in longitudinal section a carbon wiper with an inner mount.
Fig. 13 and 14 show the same arrangement, but with a support frame placed inside the wiper with a poured filler.
Figs. 15 and 16 are cross-sectional and longitudinal cross-sectional views of an externally mounted charcoal scrubber, in which the charcoal is pressurized into the frame.
Figs. 17 and 18 also show a carbon wiper with an outer mount in which the carbon is threaded onto
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the reinforcement and the clearance between the latter and the carbon is filled with cast mass.
Fig. 19 is a view corresponding to Fig l; it is here a carbon slider with outer mount according to Fig. 15 to 18 inclusive.
Fig. 20 shows in elevation, with partial section, and on an enlarged scale the attachment of the charcoal rubbers with external mount to the loop of the bow.
In fig. 1 to 4, k is the bow with rising horns fixed to the bow with screws. The horns f have pivots e on which the end pieces d are mounted. very so as to be able to turn. In these end pieces is screwed in ± a metal tube b which supports the body in charb a by crossing the passages made there. are the sleeves for the tie rod hy fixed with the nuts h '. In this way, the two end pieces, although already rigidly joined by thread in ± with the carbon, are also put under tension by the tie rod h which forms the cord of the charcoal slider in an arc of a circle,
In fig. 1, S1 is the line of the centers of gravity, that is to say,
the line which connects the centers of gravity of the normal sections of the slider. The pressure Po acting, for example, in the middle of the bow, requests the latter to compress and bend at the center of gravity So. The compressive forces are propagate in both directions in the direction of the wiper along the axis S 'and are absorbed by the end pieces d.
In figure 3 this force is represented by P1 and acts in the extension of the ± threaded pivot. However, as a result of the bending stress, there is also a stress on the lower side of the end piece d. in the direction of the force P2.As the end piece rests rigidly on the journal c at point o, both forces act
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with the lever arms x and y and tend to rotate the end piece. The pulling h acting like a rope and strongly pulled in g, however, provokes on its side again a moment of twist to the left 1'3 These three most important forces,
must be directed @ 'with respect to each other in such a way that the sum of all the torques is equal to Q, because otherwise the. end piece may give way, the bow may bend and the carbon may break. However, the arrangement of the supports is possible from different points of view; thus, for example, in the manner already described, as shown schematically from new in fig. 3 and 4 Here the thrust SK = P1 acts to the left at the fulcrum 0 with a lever arm x, the bending force P2, to the right with a lever arm z, l traction force = P3 on the left with the lever arm z;
the two torsional moments on the left must, therefore, balance the torque on the right so that the bow does not undergo deformation.
Figs. 5 and 6 show another embodiment. A 'is the slider,] 2.1 the inner frame, -' the threaded pivot which connects the end pieces d 'with the support tube b', h 'are the tie rods , e are the rotating pivots. The parts a ', b', d 'and h' are here arranged such that the thrust 3? 1 passes through the fulcrum o 'and therefore does not give rise to any torsional moment. The two forces P2 and P3 are opposite in terms of their torque and these moments must be equal (P3.z' = P2.y ')
In the embodiment according to FIGS.
7 and 8, a2 are the carbon rubbers, b2 is the anterior support frame, d the end pieces e are the rotating pivots, h2 the tie rods The tensile force P3 due to the tie rods h2 passes through point O2 and the forces P 'and P2 stress the part from two opposite sides, therefore the moment of the force
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p3 is zero and the moments of the forces P 'and are balanced according to the equality P'.x; p2, y2.
In 14, embodiment according to FIGS. 9 and 10, a3 are the rubbers, b3 the internal frame, d3 the end pieces, e3 the pivot and h3 the tie rods The arrangement is such that the greatest force, the bending force P2, passes through the point o3 and does not cause any torsion moment.The two other shapes
P 'and P3 tend to turn to the left and their moments
P.x3 and P3.z3 are opposed to bending. This construction is particularly advantageous. Tests have shown that the small torque to the left which occurs there is absorbed by the horn f and is compensated.
According to all the aforementioned embodiments, a very strong wiper is obtained, capable of withstanding the highest stresses, since the possibility of bending being eliminated, the curved wiper only works in compression.
Any danger for the overhead wire is therefore eliminated.
It is of the greatest importance from the point of view of these arrangements, that there is between the carbon slider and the support frame, and that these two parts are stressed in a uniform manner. it is necessary that the latter support each other. As has been demonstrated by tests, this occurs most often when the axes of the centers of gravity of these two bodies coincide.
As is known, for example, in the event of bending stress due to the force Q, the compressive force and the tensile force are zero in the line of the centers of gravity '(zero line); on one side of the latter act the tensile forces and on the other side the compressive forces.In fig.ll and 12 the center of gravity of the carbon a and that of the reinforcement b coincide and, consequently, the tensile and compressive forces of the two bodies cooperate. In these figures, the reinforcement-support b is forced into the carbon a. In fig. 13 and
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14 the support-reinforcement b is introduced into the carbon a and the clearance between them is filled with a cast mass i which adheres strongly to the two parts. A filling mass of this kind is formed, for example,
by sulfur or a low melting point metal, such as lead or tin or low melting point alloys / such as, for example, the alloys of lead, antimony and tin, to which can be added copper, then anti-friction metals, such as, for example, white metal, aluminum, magnesium and alloys of the latter two metals. The metallic bonding agent is poured into the annulus, after bar b and bar b. carbon bodies a, have been preheated. The wiper therefore acquires a very high resistance and the forces are transmitted together.
This method of connection is most particularly effective in the case of a reinforcement which holds the carbon from the outside, as shown by way of example in FIGS.
15 to 18 In fig. 15 and 16 the carbon a5 is pressed into the frame b. In fig. 17 and 18 the carbon body a6 is slid freely into the frame b6 and the free space between them is filled with a connecting body. In this way, the forces are exerted in the same direction and in cooperation. The line of centers of gravity and the zero line So are common to both bodies. If, on the other hand, the carbon body is placed only loosely in the support, the line of centers of gravity is distinct from that of o (S1 and S2). as shown in fig. 17. Each part is stressed separately and - they slide relative to each other along the contact surface and therefore work in the manner of leaf springs superimposed.
Figs. 19 and 20 show how the sliders are attached to the socket outlet in the case of an exterior mount. The socket k, the lugs f, the
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end pieces d, the tie rods h and pivots 0 are the same as in fig. 1 and $. On the end pieces d is fixed, by thread in ±!., a metal bar or tube. !!!. A metal bar b5 is attached to this tube, for example, by welding and carries the carbon body a5.
CLAIMS.
1. Arrangement of curved charcoal trotters for current-taking bows, characterized in that the slider and the armature-support have a common axis of centers of gravity, so that the bending forces, which occur, also have a common zero line, the capacity of these two bodies to support loads being thereby increased to the maximum.