CZ301293B6

CZ301293B6 - Sberací kroužky pro elektromotory a generátory a zpusob úpravy teles sberacích kroužku

Info

Publication number: CZ301293B6
Application number: CZ20010670A
Authority: CZ
Inventors: Vesper@Wolfgang; Stadie@Klaus; Hahn@Ingolf; Meyer@Aloysius
Original assignee: Pantrac Gmbh
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2010-01-06
Also published as: US6400057B2; CZ2001670A3; US20010033117A1; ES2281383T3; PL345985A1; EP1133028A2; EP1133028B1; BR0100825A; PL203741B1; DE50111920D1; DE10009007A1; ATE352895T1; CA2337978A1; EP1133028A3; DE10009007B4; AR027549A1

Abstract

Sberací kroužky (10, 10´, 10´´) obsahují kovové sberací kroužky obvyklého typu jako kovové základny (2, 2´, 2´´) sberacích kroužku (10, 10´, 10´´) a elektricky vodivou kluznou vrstvu (3, 3´, 3´´) z grafitového materiálu, jejíž tlouštka ciní maximálne 11 % polomeru sberacího kroužku (10, 10´, 10´´) a která je na obvodu kovové základny (2, 2´, 2´´) sberacího kroužku (10, 10´, 10´´) upevnena elektricky vodive prilepením. Podle zpusobu úpravy teles (11) sberacích kroužku (10, 10´, 10´´) se odstraní kovová kontaktní vrstva na vnejší ploše plášte alespon jednoho z kovových sberacích kroužku v rozsahu podle tlouštky nanášené kluzné vrstvy (3, 3´, 3´´), nacež se na takto vytvorenou vnejší plochu plášte pripevní kluzná vrstva (3, 3´, 3´´).

Description

Sběrací kroužky pro elektromotory a generátory a způsob úpravy těles sběracích kroužků

Oblast techniky

Vynález se týká sběracích kroužku pro elektromotory a generátory, ve kterých jsou navzájem elektricky vodivé spojeny kartáče z uhlíkových materiálů a sběrací kroužky tělesa sběracích kroužků. Vynález se dále týká i způsobu úpravy těles sběracích kroužků v elektrických strojích s kovovými sběracími kroužky na výše uvedené sběrací kroužky.

Dosavadní stav techniky

Elektromotory a generátory, pomocí kterých se elektrická energie mění v mechanickou energii rotačního pohybu nebo naopak se mechanická energie rotačního pohybu mění na elektrickou energii, vyžadují přívod proudu pro otočně uložené cívky, které jsou silovým nebo tvarovým spojem připojeny k otočnému hřídeli. To obvykle nastává pomocí sběracích kroužků soustředných s otočným hřídelem a připevněných k němu, které jsou vodivě připojeny k pevným kartáčům, nebo spárováním kartáčů s tak zvanými komutátory nebo kolektory, které vedle vytvoření elektrického spojení mezi pevnou a otočnou částí elektrického stroje způsobuje také komutaci (u stejnosměrných strojů).

Obvykle sestávají sběrací kroužky a komutátory z kovů jako měď, slitiny mědi, jako například bronzi, cínové bronzi, niklové branži, stříbro nebo ocel. Sběrací kroužky jsou připojeny k těle25 súm sběracích kroužků pomocí izolovaných upevnění pouzdrem (otočný hřídel), přičemž jsou navzájem izolovány. Podél obvodu sběracích kroužků jsou umístěny místně pevně elektricky vodivé kartáče, které jsou udržovány sílou pružiny v kontaktu s povrchem sběracích kroužků. Pro střídavé motory a generátory jsou sběrací kroužky potřebné jednotlivě nebo vícenásobně pro každou fázi.

Kluzné kontakty (kartáče) sestávají zpravidla z uhlíkového materiálu, případně v kombinaci s kovy (například kovový grafit, směsi práškových kovů, zejména mědi cínu nebo olova, s grafitem, zejména přírodním grafitem, se kjeho výrobě slisují a následně se zpevní žíháním nebo slinováním).

II všech těchto materiálových párů dochází na základě vzájemného pohybu a také vlivem zčásti vysokých přenášených proudů k opotřebení, přičemž se může otěrem vytvářet prach, který může vést vlivem znečištění ke krátkým spojením a tím k přeskokům a jednak dochází k otěru dotýkajících se vrstev. Přitom vzniká nutnost nahrazení kartáčů a povrchového opracování sběracích kroužků (osoustružení chybných míst jako rýhování a podobně), přídavných intervalů údržby, které jsou kratší než intervaly na údržbu ložisek, což způsobuje podstatné zvýšení nákladů na údržbu, především vlivem přídavných dob výpadků.

Proto je požadováno udržet pokud možno malý otěr a tím i malou Četnost tím podmíněných údržbových prací, respektive četnost údržbových prací nejvýše rovnou Četnosti údržbových prací pro ložiska a/nebo jiné díly podléhající otěru.

Z patentového spisu DD 258 687 Al a z VEM Zeitschrift 1975, str. 15 a následující je známo, že u páru grafitových kartáčů se sběracími kroužky z grafitu je opotřebení velmi nízké. Tento sys50 tém však má nevýhodu, že na základě grafitového tělesa sběracích kroužků se mohou z důvodu jeho, ve srovnání s kovy, relativně vysokého měrného odporu vést jen relativně malé proudy. Při vysokých vedených proudech je ohmické teplo nepřípustně vysoké. To může vést k poškození systému. Přívod a odvod proudu nastává u sběracího kroužku pomocí kovového vodiče, který probíhá bočně přesazené rovnoběžně s otočným hřídelem a je elektricky vodivě připojen k tělesu sběracích kroužků. Poněvadž odpor uvnitř grafitového sběracího kroužku má podobnou velikost jako přechodový odpor mezi sběracím kroužkem a kartáčem, vede to při konstantně indukovaném proudu v cívce k periodickým výkyvům napětí u generátoru, respektive u motoru k nerovnoměrnému točivému momentu, a tím k činnému odporu ve sběracím kroužku.

Jiná konstrukce je známá z patentového spisu DD 248 909. Zde je popsán sběrací kroužek s kovovou základnou sběracího kroužku a s připájeným uhlíkovým sběracím kroužkem, přičemž základna sběracího kroužku má dutiny k umožnění odvedení ztrátového tepla pomocí všestranného odvětraní. Strana uhlíkového sběracího kroužku přivrácená ke kovové základně sběracího kroužku musí být pokovena, aby se zajistil nízký přechodový odpor a umožnilo se připojení io pájením. Silným ohřevem konstrukce ohmickým ztrátovým výkonem a rovněž také již při pájení nastávají tepelná napětí. Proto je vnější část kovové základny sběracího kroužku přednostně opatřena vybráními ke kompenzaci tepelných napětí.

Podstata vynálezu

Existuje proto úkol, nalézt konstrukci sběracího kroužku, která vede k pokud možno nízkému otěru a dovoluje dostatečně vysoké proudové zatížení, aby se takovéto systémy mohly použít také v oblastech velkého proudu, aniž nastává silný ohřev známý ze stavu techniky. Dalším úkolem je umožnit vybavit stávající stroje s kovovými sběracími kroužky tak, že se zmenší opotřebení, přičemž se musí nahradit pokud možno málo součástí.

Tento úkol se podle vynálezu řeší sběracími kroužky pro elektromotory a generátory, ve kterých jsou navzájem elektrickyvodivě spojeny kartáče z uhlíkových materiálů a sběrací kroužky tělesa sběracích kroužků, přičemž podle vynálezu sběrací kroužky obsahují kovové sběrací kroužky obvyklého typu jako kovové základny sběracích kroužků a elektricky vodivou kluznou vrstvu z grafitového materiálu, jejíž tloušťka Činí maximálně 11 % poloměru sběracího kroužku a která je na obvodu kovové základny sběracího kroužku upevněna elektricky vodivě přilepením.

Výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že materiál kluzné vrstvy má pevnost v ohybu alespoň 30 MPa.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že kluzná vrstva sestává z izostaticky slisovaného grafitového materiálu.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že kluzná vrstva sestává z prstencovitých segmentů.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že místa styku mezi segmenty kluzné vrstvy svírají s tangentou úhel styku maximálně 75°.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že segmenty kluzné vrstvy mají různou obloukovou délku, přičemž délka nejdelšího segmentu činí alespoň 110 % délky druhého nejdelšího segmentu.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že základna sběracího kroužku má na alespoň jednom z okrajů své plochy vnějšího pláště přesah.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že alespoň jeden přesah má šířku od

0,5 mm do 5 mm a výšku od 0,5 mm do 3 mm.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že kluzná vrstva sestává z prstence, který je obvodově proříznut pod úhlem zářezu k tangentě.

-2CZ 301293 B6

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že zářez je prostřednictvím odpovídající velikosti úhlu zářezu uspořádán alespoň jednou přes celý obvod kluzné vrstvy.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že kluzná vrstva a kovová základna sbě5 račího kroužku jsou slepeny teplotně stabilním lepidlem k vytvoření pevného spojení kluzné vrstvy a základny sběracího kroužku i v provozu sběracích kroužků.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že kluzná vrstva a kovová základna sběracího kroužku jsou slepeny lepidlem, ke kterému je přidán kovový prášek.

io

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že kartáči jsou grafitové kartáče.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že kluznou vrstvu z grafitového materiálu má pouze část sběracích kroužků tělesa sběracích kroužků.

Dále je úkol vynáiezu řešen i způsobem úpravy těles sběracích kroužků v elektrických strojích s kovovými sběracími kroužky na výše uvedené sběrací kroužky, přičemž se odstraní kovová kontaktní vrstva na vnější ploše pláště alespoň jednoho z kovových sběracích kroužků v rozsahu podle tloušťky nanášené kluzné vrstvy, načež se na takto vytvořenou vnější plochu pláště při20 pevní kluzná vrstva.

Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že se odstranění kovové kontaktní vrstvy u alespoň jednoho z kovových sběracích kroužků provádí tak, že se alespoň na jednom okraji vnější plochy pláště zůstávající základny sběracího kroužku ponechá zachován přesah, načež se připevní kluzná vrstva.

Jinými slovy, podle vynálezu sběrací kroužek sestává z kovového sběracího kroužku obvyklé konstrukce jako základny sběracího kroužku a na této základně sběracího kroužku přilepené kluzné vrstvy, která přednostně sestává z uhlíkového materiálu. Jestliže se používá uhlíkový materiái, pak je výhodné, použít grafitový materiál, zvláště přednostně izostaticky lisovaný grafitový materiál. Dále musí pevnost v ohybu grafitového materiálu činit přednostně alespoň 30 MPa (= 30 N/mm²), čímž se může udržet tloušťka vrstvy uhlíkového materiálu dostatečně nízká. Touto konstrukcí se jednak dosáhne, že pár kontaktních ploch má minimální opotřebení, poněvadž se může volit materiál třecího partnera kartáčů tak, že je otěr mezi těmito navzájem se pohybujícími materiály značně nižší, než mezi páry z kovů, nebo mezi páry z kovu a uhlíkovým materiálem pro kartáče. Jednak je touto konstrukcí přechodový odpor mezi kovovou základnou sběracího kroužku a kluznou vrstvou středově symetrický.

Vynález se proto týká uspořádání sběracích kroužků pro elektrické motory a generátory, u něhož jsou kartáče z uhlíkových materiálů a sběrací kroužky těles sběracích kroužků navzájem elektricky vodivě spojeny, přičemž sběrací kroužky mají obvyklou konstrukci (základna sběracího kroužku) a elektricky vodivá kluzná vrstva obsahuje grafitový materiál, jehož tloušťka činí maximálně 11 % vnějšího poloměru sběracího kroužku a je elektricky vodivě upevněna na obvodu kovové základny sběracího kroužku lepením. Je také možné, že kluznou vrstvou nejsou opatřeny všechny sběrací kroužky tělesa sběracích kroužků.

Jako těleso sběracích kroužků je zde, jak je pro odborníka obvyklé, označováno uspořádání, které sestává z pouzdra, izolátoru (přednostně izolovaný plášť v podobě válcového pláště) a sběrných kroužků, které jsou podle vynálezu sestaveny z kovové základny sběracího kroužku a kluzné vrstvy.

Tloušťka kluzné vrstvy je shora omezena její vodivostí (ve srovnání s kovy horší vodivá kluzná vrstva je tím tlustší, čím vyšší je odpor mezi odvodním vedením vodivě připojeným ke kovové základně sběracího kroužku a připojovacím vedením ke kartáči). Jako výhodné se jeví, když tloušťka kluzné vrstvy není větší než 11 % poloměru vnějšího pláště kluzné vrstvy.

-3CZ 301293 B6

Kovovou základnou sběracího kroužkuje obvykle plošný válcový nosný kroužek, který může být vytvořen masivní s (zpravidla kruhovými) vybráními nebo jako paprskové kolo. Je také možné a přednostní volit šířku základny sběracího kroužku v blízkosti vnějšího pláště větší než na zbytku kroužku. Základna sběracího kroužku tak má tvar plochého kroužku, který rovněž může mít vybrání, na jehož obvodu je v přednostním provedení (ve směru rovnoběžně s osou) vytvořen jako obruč širší válcovitý plášť. Na vnější ploše pláště této základny je elektricky vodivě připevněna kluzná vrstva s konstantní tloušťkou. Toto upevnění je přednostně provedeno vodivým slepením. Výhodou slepení je, že elektrické připojení má co možná největší kontaktní plochu, to ío snižuje přechodový odpor a rozděluje sílu mezi oběma materiály na co možná největší plochu. Při slepení odpadá také jinak při výrobě pájených spojů potřebný ohřev na teploty, při nichž se taví pájka. Při pájení jsou totiž potřebná zvláštní předepsaná opatření k zabránění poškození základny sběracího kroužku, jako demontáž nebo ustavení tepelné clony,

Kluzná vrstva sestává z elektricky vodivého grafitového materiálu. Přednostně se jako materiál pro kluznou vrstvu používá grafitový materiál s pevností v ohybu alespoň 30 MPa. Dále se přednostně používá izostaticky lisovaný grafitový materiál. Tloušťka kluzné vrstvy má být udržována z důvodu ve srovnání s kovovou základnou sběracího kroužku vyššího měrného odporu co možná nejnižší. Přitom se však přihlíží k tomu, že jednak mechanická stabilita kluzné vrstvy s menší tloušťkou je menší a jednak má být otěr ve spojení s (obvykle a přednostně z uhlíkových materiálů sestávajícími) kartáči na základě vhodné volby materiálu a jeho tloušťky takový, že intervaly údržby potřebné k obnovení kluzné vrstvy jsou stejné nebo větší než průměrná životnost valivých ložisek. Tloušťka kluzné vrstvy nemá činit více než 11 % vnějšího poloměru sběrného kroužku (tedy vnějšího poloměru kluzné vrstvy), přednostně je tloušťka kluzné vrstvy 10 % nebo méně z tohoto poloměru, zejména 8 % nebo méně, přičemž zvláště přednostní jsou podíly 6 % a méně, respektive 4 % a méně.

Ke slepení kluzné vrstvy a kovové základny sběracího kroužku se používají vodivá lepidla. Tato lepidla se mají přednostně volit tak, že jejich tepelná odolnost je tak velká, že je zajištěno pevné jo přilepení kluzné vrstvy na kovovou základnu sběracího kroužku při teplotách existujících na sběracím kroužku během jeho chodu. Přednostně se však také používá lepidlo, které nemá žádnou vlastní vodivost, ke kterému se však přidává kovový prášek, přednostně prášková měď. Zvláště přednostně se po nanesení lepidla natřené plochy k získání elektricky vodivého spojení lepením popráší kovovým práškem. Použitý kovový prášek má přednostně zrnitost 0,01 mm až 0,2 mm,

K používaným lepidlům se řadí zejména lepidla na bázi epoxidové pryskyřice, lepidla na bázi fenolové pryskyřice, lepidla na bázi pryskyřic kyanatových esterů a rovněž lepidla na bázi polyuretanových pryskyřic, polyesterových pryskyřic a aminopryskyric. Zvláště přednostně se pro sběrné kroužky podle vynálezu používají lepidla na bázi fenolové pryskyřice. Tloušťka vrstvy lepidla na kovovém povrchu základny sběracího kroužku, respektive na vnitřní ploše kluzné vrstvy činí přednostně mezi 0,02 mm a 0,2 mm, zejména přednostně mezi 0,02 mm a 0,2 mm a zvláště přednostně mezi 0,05 mm a 0,1 mm. Při lepení se segmenty kluzné vrstvy nanesou rozměrově přesně na nosnou základnu sběracího kroužku a za rovnoměrného tlaku se stlačí. Přitom se má šířka spáry mezi jednotlivými segmenty kluzné vrstvy udržovat co nejmenší.

Jako kluzný partner ke kluzné vrstvě sběracích kroužků se přednostně používají grafitové kartáče, to znamená kartáče z uhlíkových materiálů s grafitickým charakterem. Mezi ně se počítají zejména elektrografit a pálené uhlíkové materiály a přírodní grafit.

Jako další výhoda této konstrukce se uvádí, že kluzná vrstva, která sestává z uvedeného, v ohybu pevného uhlíkového materiálu, se může v případě potřeby bez problému obnovit, k tomu se pouze musí odsoustružit zůstávající kluzná vrstva a vrstva lepidla až na kov, načež se potom může nanést nová kluzná vrstva. Změny polohy kartáčů zde nejsou potřebné. Při provedení Čistě z kovu se musí sběrací kroužek při otěru předělat, přičemž se nesmí podkročit minimální průřez, nebo se musí vyměnit celý sběrací kroužek, přičemž se rovněž musí obnovit kartáče.

-4CZ 301293 B6

Částečná nebo úplná úprava existujících strojů s čistě kovovými sběracími kroužky se bez problémů provádí tak, že se kovová kontaktní vrstva opracuje na vnější plášťové ploše stávajících sběracích kroužků na těle se sběracích kroužků, přednostně se ubírá, zvláště přednostně se osoustruží tak, že se může nanést v potřebné tloušťce kluzná vrstva a může se lepením připojit k zůstávající kovové základně sběracího kroužku. Kluzná vrstva se může, pokud je to k odstranění povrchových nerovnoměrností potřebné, následně opracovat soustružením nebo broušením, Přitom se ukazuje jako výhodné provedení podle vynálezu, poněvadž obvykle je tloušťka (v radiálním směru) oběžné vrstvy kovových sběracích kroužků dostatečně velká k obrobení na potřebný průměr bez ztráty stability. To platí zejména u kovových sběracích kroužků, které mají io v radiálním směru dvě vrstvy, kovovou nosnou vrstvu a separátní vnější oběžnou vrstvu.

Zvláště výhodné je připravit kovové sběrací kroužky existujícího stroje (například broušením, soustružením nebo frézováním) tak, že na alespoň jednom z okrajů vnější plochy pláště zůstávající kovové základny sběracího kroužku zůstává osazení (ve směru narůstajícího poloměru), který je přednostně 0,5 mm až 5 mm, zejména 1 mm až 3 mm široký a 0,5 až 3 mm, přednostně 1 až 2 mm vysoký. Kluzná vrstva se nalepí do válcové drážky, která vzniká tímto způsobem tak, že kluzná vrstva končí osazením nebo přečnívá o až 5 mm, zejména o až 3 mm.

Při uspořádání podle vynálezu se může k přetažení, respektive obnovení kluzné vrstvy upnout celé těleso sběracích kotoučů, sběrací kroužky se obrobí až na kovovou základnu a může se (u jednoho nebo více sběracích kroužků současně) nahradit kluzná vrstva,

Kluzná vrstva může sestávat z uzavřeného prstence, je však přednostní sestavit kluznou vrstvu z více segmentů, které jsou vyříznuty zjednoho nebo více grafitových prstenců, přičemž jsou na nosič naneseny nejméně dva, zvláště přednostně nejméně tri segmenty. Přitom je příznivé neprovádět styk mezi dvěma u sebe ležícími segmenty rovnoběžný s osou otáčení (to znamená kolmo k tangentě), nýbrž v úhlu styku k tangentě maximálně 75°, přednostně maximálně 60° a zvláště přednostně až ke 45°. Pojem tangenta je definován následně a dále tak používán: „tangenta je každá přímka, která se dotýká vnější plochy pláště sběracího kroužku a probíhá kolmo k ose otá30 čení otáčející se části elektrického stroje“. Jako výhodné se tedy zvláště jeví, pokud je kluzná vrstva nanesena v jednom díle ve formě prstence, obvodově ho proříznout s úhlem zářezu vzhledem k tangentě, který je volen tak, že zářez probíhá alespoň jednou po celém obvodu kluzné vrstvy. Jestliže je kluzná vrstva nanesena ve více než jednom segmentu, pak je výhodné, když tyto segmenty nemají stejnou délku (oblouku), nýbrž délka (oblouku) nejdelšího segmentu má činit alespoň 110 % délky (oblouku) jiného (respektive druhého nejdelšího) segmentu. Tloušťka kluzné vrstvy činí až 11 % vnějšího poloměru sběrného kroužku, přednostně maximálně 5 mm, zejména 4 mm a méně.

Přehled obrázků na výkresech

Na výkresech znázorňuje:

obr. 1 schématický podélný řez tělesem sběracích kroužků, obr. 2 detailní zvětšení výřezu II na obr, 1, obr. 3 detailní zvětšení odpovídající výřezu na obr. 2 v alternativním provedení, obr. 4 rez podle čáry IV-IV na obr. 1, obr. 5 půdorys tělesa sběracích kroužků podle obr. 4 a obr. 6 půdorys tělesa sběracích kroužků v alternativním provedení k obr. 4.

-5CZ 301293 B6

Příklady provedení vynálezu

Těleso J_L sběracích kroužků 10, KT, 10”, podle vynálezu se třemi sběracími kroužky 10, 10', J_0”, je znázorněno na obr. 1, na kterém je zobrazen řez tělesem J_l_ sběracích kroužků jO, 10',

10” rovinou rovnoběžnou s podélnou osou. Na izolaci 12 náboje která je nanesena na náboji 1, jsou upevněny kovové kroužky jako kovová základna 2, 2', 2” sběracích kroužků 10, 10', 10”. Na ploše pláště této kovové základny 2, 2', 2', je přilepena pomocí elektricky vodivého lepidla 6 kluzná vrstva 3, 3', 3” ve formě válcového prstence. Tato konstrukce je patrná z obr, 2, který je zvětšením výřezu obr. 1. Zde je znázorněna kovová základna 2 sběracího kroužku 10, na které je io upevněna prstencová kluzná vrstva 3 přilepená elektricky vodivým lepidlem 6.

Shora uvedené přednostní provedení, u kterého je kovová základna 2 sběracího kroužku 10 provedena tak, že na okrajích její plochy vnějšího pláště zůstává osazení 4, 4', je patrné na obr. 3. Toto je variantní podoba provedení vzhledem k provedení znázorněnému na obr. 2, respektive obr. 1. Na rozdíl od provedení znázorněného na obr. 1 zde na obou okrajích vnějšího pláště kovové základny 2 sběracího kroužku JO zůstává osazení 4, 4', čímž se vytváří ve středu vnější obvodové plochy kovové základny 2 sběracího kroužku 10 drážka 5, do které se může vložit kluzná vrstva 3. Na dno drážky 5 se nastříkne elektricky vodivé lepidlo 6, nanese se kluzná vrstva 3 a slepí se s kovovou základnou 2 sběracího kroužku 10.

Obr. 4 znázorňuje řez podél čáry IV-IV z obr. 1. Na izolaci 12 náboje 1 je upevněna třetí prstencovitá kovová základna 2” třetího sběracího kroužku 10”, na které je přilepena třetí kluzná vrstva 3”. Na obr. 4 je patrné vícedílné provedení třetí kluzné vrstvy 3”, v tomto případě třídílné provedení se segmenty 3 j, 3”₂,3 ”3 a místy 7, 7', 7” styku 8.

Na obr. 5 je znázorněn půdorys sběracího kroužku 10, přičemž směr pohledu je kolmo na osu a kolmo na průměr sběracího kroužku 10. Na kovové základně 2 sběracího kroužku JO je ve více segmentech 3”j, 3 ”₂, 3 ”3 přilepena kluzná vrstva 3, přičemž je patrný styk 8 mezi dvěma segmenty 3”i, 3”₂,3”₃ kluzné vrstvy 3. Úhel g styku 8 vzhledem k tangentě činí 60°.

Obr. 6 znázorňuje v půdoryse jako obr. 5 další přednostní variantu provedení, u které je kluzná vrstva 3, tvořící prstenec, rozříznuta. Uhel β zářezu 9 vzhledem k tangentě je přednostně volen tak, že zářez 9 tvoří na povrchu pláště válcové kluzné vrstvy 3 spirálu a délka zářezu 9 je větší než obvod plochy pláště. Výhodou této podoby provedení je, že se prstenec může k nanesení na kovovou základnu 2 sběracího kroužku JO, upevněnou na náboji 1, rozšiřovat, přičemž se do konce rovněž může vložit do drážky 5 přes přesah 4, 4' kovové základny 2 sběracího kroužku 10, znázorněný na obr, 3, bez nebezpečí lomu. Rozříznutá kluzná vrstva 3 je následně přilepena na kovovou základnu 2 sběracího kroužku 10 tak, že dosedá plošně a šířka zářezu 9 je co nejmenší. Ostrý úhel β zářezu 9 vzhledem k tangentě dále minimalizuje možné nerovnosti nebo rázy a zabraňuje tím otěru.

Vynález je dále objasněn pomocí následujících příkladů:

Srovnávací příklad

Ve standardním 6 kV elektromotoru (typ „1LS1 456-4HA60Z“, Siemens AG, č. 904 068) se sběracími kroužky podle stavu techniky zocelí X10Crl3 a příslušnými optimálními kartáči, to znamená kovografitovými kartáči „RC53“ od firmy SGL CARBON GmbH byla během chodu se jmenovitým zatížením stanovena teplota přiváděného vzduchu na vinutí, do prostoru sběracích kroužků 10,10', 10”, kartáčích a na sběracích kroužcích 10, W', JO”. Byl stanoven otěr na kartáčích a na sběracích kroužcích W, 10', 10”.

-6CZ 301293 B6

Příklad 1

Těleso H sběracích kroužků 10,10', JO ze srovnávacího příkladu (s průměrem 280 mm) bylo vystředěně upnuto na soustruhu a sběrací kroužky 10, 10', 10 z oceli osoustruženy na vnější průměr 270 mm. Na čistý povrch vzniklý soustružením byly nalepeny tři prstencové segmenty z izostaticky lisovaného grafitu značky 300 firmy SGL CARBON GmbH s vnitřním průměrem 270 mm, vnějším průměrem 282 mm, šířkou 30 mm pomocí fenolové pryskyřice, která byla plněna práškovou mědí typu FFL od firmy Norddeutsche Affinerie jako lepidla (složení: 50 hmotn. % pryskyřice, 50 hmotn. % práškové mědi). Styková místa mezi segmenty byla proveio děna se zešikmením 60°. Těleso 11 sběracích kroužků 10,10', JO bylo středově upnuto a osoustruženo na vnější průměr 280 mm. Těleso JJ sběracích kroužků 10,10', 10 bylo opět namontováno do motoru. Kromě toho byly vyměněny kartáče za grafitové kartáče značky RE65 firmy

SGL CARBÍN GmbH. Byla provedena stejná měření jako ve srovnávacím příkladě.

Výsledky jsou shrnuty v tabulce.

	srovnání	přiklaď
kartáč	RC53	RE65
kluzná vrstva	ocel X10Crl3	isografit 300
otěr kartáče	0,3 mm/100 h	méně než 0,05 mm/100 h
otěr prstence	není změřitelný	není změřitelný

Rozsáhlá srovnání mezi oběma konfiguracemi s různými dobami chodu a různým zatížením uka20 zují, že teplota kartáčů v provedení podle vynálezu ležela v průměru 13 až 23 °C níže než u srovnávacího příkladu, teplota sběracích kroužků 10,10', JJ) byla v průměru o 12 až 8 °C nižší než u srovnávacího příkladu. Na základě nižšího teplotního namáhání v uspořádání podle vynálezu může stoupnout životnost komponent elektrických strojů, jako například ložisek.

Při delší době chodu (několik stovek hodin) byl u srovnávacího příkladu zřetelný otěr kartáčů konvenčního uspořádání, zatímco u uspořádání podle vynálezu nebylo patrné žádné měřitelné opotřebení použitých kartáčů. Opotřebení sběracích kroužků nebylo při těchto krátkých dobách chodu měřitelné.

Dále byly provedeny pokusy se srovnávacím uspořádáním sběracích kroužků a uspořádáním sběracích kroužků JO, JO', 10 podle vynálezu ve zkušebně k testování systémů za extremního zatížení. Proto byla uspořádání umístěna na 710 KW motor, byly provedeny spínací pokusy ve formě rozběhů s různými rotorovými proudy, to znamená krátkodobě byl velmi vysoký výkon. Při srovnávacím uspořádání podle stávajícího stavu techniky mohly být tyto pokusy provedeny při až 3,2 násobném zatížení jmenovitým proudem, což odpovídá proudové hustotě na kartáči cca 32 A/cm². Přitom mají ve standardním provedení obecně jak sběrací kroužky tak i oběžné plochy kartáčů silná poškození nataveninami (bylo pozorováno jiskření kartáčů). Uspořádání podle vynálezu mohlo být do konce zatíženo až 3,5 násobkem jmenovitého proudu, což odpovídá proudové hustotě uspořádání sběracích kroužků 10, 10', 10 podle vynálezu 40 A/cm². Také při tomto ještě vyšším zatížení nebyla pozorována žádná poškození na sběracích kroužcích 10,10', 10 a kartáčích (jiskření kartáčů) uspořádání podle vynálezu.

Podstatná výhoda uspořádání podle vynálezu spočívá v tom, že se sběrací kroužky 10, JO', JO ” mohly použít téměř bez výměny. Může se obnovit, pokud je to potřebné, pouze kluzná vrstva 3,

3', 3, aniž však se zasahuje do kovové základny 2, 2', 2 sběracího kroužku 10, JO', 10.

Naproti tomu se Časem musely vyměnit dosud používané kovové sběrací kroužky, protože se

-7CZ 301293 B6 musely při každé v termínech prováděné údržbě elektrických strojů k výměně ložisek osoustružit k vyrovnání na povrchu sběrných kroužků.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

10 1. Sběrací kroužky pro elektromotory a generátory, ve kterých jsou navzájem elektricky vodivě spojeny kartáče z uhlíkových materiálů a sběrací kroužky (10, 10', 10) tělesa (11) sběracích kroužků (10, 10', 10), vyznačující se tím, že sběrací kroužky (10, 10', 10) obsahují kovové sběrací kroužky obvyklého typu jako kovové základny (2, 2', 2) sběracích kroužků (10, 10', 10) a elektricky vodivou kluznou vrstvu (3, 3', 3) z grafitového materiálu, jejíž

15 tloušťka Činí maximálně 11 % poloměru sběracího kroužku (10, 10', 10) a která je na obvodu kovové základny (2, 2', 2) sběracího kroužku (10, 10', 10) upevněna elektricky vodivě přilepením.
2. Sběrací kroužky podle nároku 1, vyznačující se tím, že materiál kluzné vrstvy

20 (3, 3', 3) má pevnost v ohybu alespoň 30 MPa.
3. Sběrací kroužky podle některého z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že kluzná vrstva (3, 3 ', 3 ) sestává z izostaticky slisovaného grafitového materiálu.

25
4. Sběrací kroužky podle některého z nároků I až 3, vyznačující se tím, že kluzná vrstva (3, 3', 3) sestává z prstencovitých segmentů (3i, 3₂, 3₃).
5. Sběrací kroužky podle nároku 4, vyznačující se tím, že místa (7, 7', 7) styku (8) mezi segmenty (3_b 3₂, 3”₃) kluzné vrstvy (3, 3', 3) svírají s tangentou úhel (a) styku (8)

30 maximálně 75°.
6. Sběrací kroužky podle jednoho nebo více z nároků 4a 5, vyznačující se tím, že segmenty (3_h 3₂,3₃) kluzné vrstvy (3, 3', 3) mají různou obloukovou délku, přičemž délka nejdelšího ze segmentů (3_b 32,3₃) činí alespoň 110 % délky druhého nejdelšího ze segmentů

35 (3i, 32, 3₃).
7. Sběrací kroužky podle jednoho nebo více z nároků 1 až 6, v y z n a č u j í c í se t í m, že základna (2, 2', 2) sběracího kroužku (10, 10', 10) má na alespoň jednom z okrajů své plochy vnějšího pláště osazení (4,4').
8. Sběrací kroužky podle nároku 7, vyznačující se tím, že alespoň jedno osazení (4, 4') má šířku od 0,5 mm do 5 mm a výšku od 0,5 mm do 3 mm.
9. Sběrací kroužky podle jednoho nebo více z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že

45 kluzná vrstva (3,3', 3) sestává z prstence, který je obvodově proříznut pod úhlem (β) zářezu (9) k tangentě.
10. Sběrací kroužky podle nároku 9, vyznačující se tím, že zářez (9) je prostřednictvím odpovídající velikosti úhlu (β) zářezu (9) uspořádán alespoň jednou přes celý obvod kluzné

50 vrstvy (3,3', 3).
11. Sběrací kroužky podle jednoho nebo více z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že kluzná vrstva (3, 3', 3) a kovová základna (2, 2', 2) sběracího kroužku (10, 10', 10) jsou slepeny teplotně stabilním lepidlem (6) k vytvoření pevného spojení kluzné vrstvy (3, 3 ', 3) a

-8CZ 301293 B6 základny (2, 2', 2) sběracího kroužku (10, 10', 10) i v provozu sběracích kroužků (10, 10', 10).
12. Sběrací kroužky podle jednoho nebo více z nároků 1 až 11, vyznačující se tím,

5 že kluzná vrstva (3, 3', 3) a kovová základna (2, 2', 2) sběracího kroužku (10, 10', 10) jsou slepeny lepidlem (6), ke kterému je přidán kovový prášek.
13. Sběrací kroužky podle jednoho nebo více z nároků lažl2, vyznačující se tím, že kartáči jsou grafitové kartáče.

io
14. Sběrací kroužky podle jednoho nebo více z nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že kluznou vrstvu (3, 3', 3) z grafitového materiálu má pouze část sběracích kroužků (10, 10', 10) tělesa (11) sběracích kroužků (10,10', 10).
15 15. Způsob úpravy těles sběracích kroužků v elektrických strojích s kovovými sběracími kroužky na sběrací kroužky (10, i0', i0) podie některého z nároků i až i4, vyznačující se tím, že se odstraní kovová kontaktní vrstva na vnější ploše pláště alespoň jednoho z kovových sběracích kroužků v rozsahu podle tloušťky nanášené kluzné vrstvy (3,3', 3), načež se na takto vytvořenou vnější plochu pláště připevní kluzná vrstva (3,3', 3).
16. Způsob podle nároku 15, vyznačující se tím, že se odstranění kovové kontaktní vrstvy u alespoň jednoho z kovových sběracích kroužků provádí tak, že se alespoň na jednom okraji vnější plochy pláště zůstávající základny (2, 2', 2) sběracího kroužku (10, 10', 10) ponechá zachováno osazení (4, 4'), přednostně podle nároku 8, načež se připevní kluzná vrstva

25 (3,3', 3).