ITUB20151843A1 - Portaspazzole isostatico per collettore elettrico rotante - Google Patents

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ITUB20151843A1
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arm
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Federico Pacciani
Fabio Usuelli
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Conductix Wampfler S R L
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Description

“Portaspazzole isostatico per collettore elettrico rotante”.
Descrizione
La presente invenzione si riferisce a un portaspazzole isostatico per collettore elettrico rotante.
Più in particolare, la presente invenzione si riferisce a un portaspazzole isostatico per un collettore elettrico rotante ad anelli conduttivi, per la trasmissione di correnti elettriche di potenza e di segnale.
Sono noti, nel settore elettro-meccanico e delle costruzioni elettromeccaniche, collettori (definiti anche distributori o giunti rotanti) elettrici rotanti per la trasmissione di una corrente elettrica di potenza, di comando o di segnale, da una struttura statica a una struttura atta a essere messa in rotazione a 360° in modo continuo e discontinuo, in entrambe le direzioni. Detti collettori rotanti noti sono tipicamente composti da una struttura statorica a gabbia cilindrica o squadrala con una pluralità di aste longitudinali a sezione circolare, rettangolare, quadra ctc., diametralmente o diagonalmente disposte e chiuse alle estremità da due testate definenti due supporti generalmente volventi e comprendenti i relativi collegamenti elettrici con gli anelli conduttivi. All’interno della struttura statorica di detto collettore rotante è girevolmente disposta, su detti supporti volventi, una parte rotorica comprendente un albero, tipicameme cavo per consentire anche il passaggio di tubazioni tecniche, con una molteplicità di anelli conduttivi radiali, isolati tra di loro e atti a essere impegnati da una molteplicità di spazzole elettriche striscianti in rame-grafite o altro materiale conduttivo. Detti collettori comprendono inoltre una molteplicità di portaspazzole disposti e stabilizzati sulla parte statorica del collettore, in corrispondenza di dette aste a sezione circolare e atti a mantenere impegnate le spazzole in contatto strisciante con le superfici diametrali esterne di detti anelli conduttivi. I tipi noti di portaspazzole sono tipicamente composti da un corpo centrale, con uno o più fari, atto a impegnarsi stabilmente con un’asta del collettore rotante in corrispondenza di un anello conduttivo dello stesso collettore. Alle estremità opposte di detto corpo centrale sono rotazionalmente infulcrati, in direzione radiale all’asse di rotazione del collettore, uno o più bracci su ciascuno dei quali, in corrispondenza della superficie rivolta verso il collettore, sono stabilizzate o alloggiate le spazzole e i relativi conduttori collegati elettricamente a una morsettiera. Detti portaspazzole comprendono generalmente almeno un elemento elastico collegato alle estremità con detti bracci del portaspazzole, in maniera tale da indurre gli stessi e le spazzole a insistere, con una pressione determinata, contro le superfici diametrali degli anelli conduttivi, compensando la progressiva usura delle spazzole stesse. In altre soluzioni costruttive, dal corpo centrale del portaspazzole si dipartono direttamente due bracci a forma di lamina clastica, sulla cui estremità libera sono stabilizzate le spazzole. Detti bracci, Flettendosi, mantengono la spazzola premuta contro la superficie di strisciamento dell’anello conduttivo, che in questo caso è generalmente Formato da un disco.
Un esempio tipico di portaspazzole per collettore elettrico rotante è descritto nella domanda di brevetto statunitense US 2011/0115331 (Al) che rivendica un gruppo portaspazzole di un anello conduttvo di un collettore elettrico rotante dove detto gruppo portaspazzole comprende una base avente due rotaie inclinate su ciascuna delle quali è scorrevolmente disposta in entrambe le direzioni una spazzola. Due elementi elastici sono montati su detLa base in maniera tale da indurre e mantenere le spazzole verso e a contatto con l'anello conduttivo.
Detti noti portaspazzole per collettori elettrici rotanti presentano tuttavia degli inconvenienti e dei limiti di utilizzo.
Un limite di detti noti portaspazzole è dovuto alla difficoltà di manutenzione e di sostituzione delle spazzole elettriche, operazioni che richiedono lo smontaggio dell’intero gruppo portaspazzole e lo sfilamento dello stesso dal collettore rotante, nonché /intervento di operatori specializzati e di tempi di fermo macchina prolungati.
Ulteriore inconveniente di detti portaspazzole noti è dovuto al fatto di essere dei sistemi meccanici strutturalmente labili con i bracci collegati al corpo centrale, rotazionalmente liberi di ruotare con l’estremità libera rispetto a rispettivi fulcri e quindi soggetti a posizionamenti non sempre corretti.
Ulteriore inconveniente dei citati portaspazzole per collettori rotanti è dovuto al fatto di essere soggetti al ribaltamento dei cassetti “pivotanti” nei quali sono scorrevolmente disposte le spazzole elettriche, quando si verificano le condizioni di micro- saldatura superficiale tra la spazzola e la superficie diametrale di strisciamento dell’anello conduttivo dovuto a una prolungata inattività del collettore rotante. Dette micro salda ruresuperfìciale impediscono all’anello conduttivo di strisciare liberamente con la spazzola elettrica cercando di portare la stessa in rotazione e trasferendole un momento, in direzione tangenziale alla superficie dell'anello conduttivo, clic tende a ribaltare il cassetto e la relativa spazzola elettrica dalla loro normale posizione di lavoro a contatto con l’anello conduttivo .
Scopo della presente invenzione è quello di ovviare agli inconvenienti sopra lamentati.
Più in particolare, lo scopo della presente invenzione è quello di provvedere un portaspazzole isostatco per collettore elettrico rotante che consenta una migliore aderenza delle spazzole solfanello conduttivo rotante.
Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione degli utilizzatori un portaspazzole isostatico per collettore elettrico rotante che consenta delle rapide e semplici operazioni di manutenzione e sosdtuzione delle spazzole, senza l’impiego di operatori specializzati.
Non ultimo scopo della presente invenzione è quello di provvedere un portaspazzole isostatico per collettore elettrico rotante con una migliorata resistenza alle vibrazioni.
Ulteriore scopo ancora della presente invenzione è quello di mettere a disposizione degli utilizzatori un portaspazzole isostatico per collettore elettrico rotante di economica realizzazione e semplice assemblaggio.
Questi e altri scopi ancora sono raggiunti dal portaspazzole isostatico per collettore elettrico rotante oggetto dell’invenzione in accordo con la rivendicazione principale.
Le caratteristiche costruttive e funzionali del portaspazzole isostatico per collettore elettrico rotante della presente invenzione potranno essere meglio comprese dalla dettagliata descrizione che segue, nella quale si fa riferimento alle allegate tavole di disegno che ne rappresentano una forma di realizzazione preferita e non limitativa, in cui:
la figura 1 è una rappresentazione assonometrica schematica e parzialmente sezionata di una molteplicità di portaspazzole isostatico per collettore elettrico rotante oggetto deirinvenzione, installali sul pacco di anelli conduttivi di un collettore rotante di tipo noto;
la figura 2 è una rappresentazione assonometrica schematica parzialmente esplosa c parzialmente sezionata di una molteplicità di portaspazzole isostatico per collettore elettrico rotante oggetto deirinvenzione, installati sul pacco di anelli conduttivi di un collettore rotante di tipo noto;
le figure 3a e 3b sono delle rappresentazioni assonometriche schematiche da diverse prospettive del portaspazzole isostatico per collettore elettrico rotante oggetto dell’invenzione;
la figura A è una rappresentazione assonometrica schematica esplosa del portaspazzole isostatico per collettore elettrico rotante oggetto dell’invenzione;
la figura 5 è una rappresentazione assonometrica schematica di una vista in sezione del portaspazzole isostatico per collettore elettrico rotante oggetto dell'invenzione;
la figura 6 è una rappresentazione assonometrica schematica di una vista in sezione del portaspazzole isostatico per collettore elettrico rotante oggetto dell’invenzione nella configurazione di montaggio;
Con riferimento iniziale alle figure 1 e 2, una molteplicità di portaspazzole isostatico per collettore elettrico rotante oggetto dell'invenzione, indicato nel complesso con 10, sono stabilizzati e isostaticamente vincolati a un collettore elettrico rotante 50, ciascuno su almeno due aste 56 e disposti in corrispondenza di una molteplicità di anelli conduttivi 54 disposti sulla parte rotante 52 di detto collettore 50. Con riferimento particolare alle figure da .3 a 5, il portaspazzole 10 oggetto delFinvenzione comprende:
un corpo centrale 12 in materiale conduttore, generalmente in ottone, provvisto di una molteplicità di mezzi di fissaggio 12’, 12”per la connessione delle estremità dei conduttori elettrici delle spazzole con i conduttori elettrici esterni, e una molteplicità di aperture di collegamento 13, 13’, o fori, passand, disposte trasversalmente e in corrispondenza delle estremità opposte dello stesso corpo centrale 12;
uno o più bracci 14, 14’, rotazionalmente disposti in prossimità delle estremità opposte di detto corpo centrale 12, detti bracci definenti ciascuno una prima e una seconda estremità 16, 16’; almeno una spazzola 20 scorrevolmente disposta in un alloggiamento 18 interno a ogni braccio 14, 14';
almeno un elemento elastico 22, cooperante con detta almeno una spazzola 20.
Detto portaspazzole IO presenta le seguenti innovazioni: detti bracci 14, 14’, definiscono sulle rispettive prime estremità 16, degli agganci rapidi 24, 24’, essendo gli stessi bracci infui era ti tra di loro e rotazionalmente mobili uno rispetto all’altro in corrispondenza delle seconde estremità 16’. Detti bracci 14, 14’ sono ulteriormente connessi, in maniera basculante e in prossimità di dette seconde estremità 16’, alle estremità opposte di detto corpo centrale 12.
Con riferimento alle stesse figure, detti agganci rapidi 24, 24’ di detti bracci 14, 14’ sono vantaggiosamente formati da un’apertura a scatto 25 avente sezione circolare aperta su un lato e trasversalmente disposta rispetto allo sviluppo longitudinale di detto braccio 14, 14’. Detta apertura a scatto definisce una porzione di imbocco ristretta 25’, rispetto alla superficie diametrale della sua sezione circolare, e atta a deformarsi elasticamente per accogliere la superficie diametrale esterna dell’asta 56. La stessa apertura a scatto 25 di detti agganci rapidi 24, 24’ è formata sulla superficie esterna di detto braccio 14, e aperta rispetto alla stessa superficie, in maniera tale da risultare accessibile in una direzione sostanzialmente opposta alla corrispondente apertura a scatto dell’altro braccio 14’.
Con riferimento particolare alle figure da 3 a 4, dette seconde estremità 16’, dei bracci 14, 14’, definiscono una forcella longitudinalmente tonnata per mezzo di un’incameratura 26 centrale posta in comunicazione con detto alloggiamento 18, formato su detto braccio 14, 14’ in direzione trasversale verso la parte atta ad affacciarsi all’anello conduttore 54 del collettore rotante 50. In corrispondenza di uno di detti rami di detta forcella del braccio 14, 14’ è longitudinalmente sviluppato un lembo prolungato 28 sul ejuale è formata un’appendice tubolare 30 sviluppata in direzione trasversale verso la parte interna della stessa forcella e per una lunghezza pari a circa la metà dello spessore di detto braccio 14, 14’. Con riferimento particolare alla figura 4, detta appendice tubolare 30 di detto braccio 14 definisce, in cooperazione con la corrispondente appendice tubolare 30 di un altro braccio 14’, una cerniera tubolare 32 di rotazione, sulla cui superficie esterna è coassialmente e girevolmente disposto l’elemento elastico 22 e sulla cui superficie diametrale interna delia stessa cerniera tubolare 32 è girevolmente disposto un perno cardinale 60, generalmente formato da una spina o simili provvista di mezzi autobloccanti noti dello stesso ejuali intagli, collari, filettature etc., e atto a collegare rotazionalmente detti bracci 14, 14’.
Con riferimento nuovamente alle figure da 3a a 5, su dette seconde estremità 16’ dei bracci 14, 14’ è trasversalmente ricavata un'asola sagomata 34 passante, posta in cooperazione scorrevole con dette aperture passanti 13, 13’ di detto corpo centrale 12 per mezzo di noti perni di fissaggio 62, 62’. Detti perni di fissaggio 62, 62’, generalmente comprendenti dei perni ma sciti e dei perni femmina in materiale plastico deformabile, sono disposti in cooperazione assiale in dette aperture passanti 13, 13’. Detta asola sagomata 34 è scorrevolmente basculante rispetto a detto corpo 12, in corrispondenza di dette aperture passanti 13, 13’ e di detti perni di fissaggio 62, 62’, essendo dette asole sagomare 34 atte a traslare rispetto a essi in maniera tale da consentire il basculamento degli stessi bracci rispetto ai perni di fissaggio 62, 62’.
Con riferimento particolare ora alle figure 4 c 5, detto elemento elastico 22 può essere vantaggiosamente realizzato da una molla di torsione a spirale avente due estremità rettilinee terminanti con dei lembi ripiegati, arre a riscontrare dette spazzole 20 in corrispondenza di una superficie superiore opposta alla superficie di strisciamento delle stesse spazzole 20, al fine di indurre le stesse a fuoriuscire da dette cavità 18. I bracci 14, 14’ possono essere realizzati in materiale elettricamente isolante, leggero e tale da conferire al portaspazzole 10 una massa ridotta. Detto materiale può vantaggiosamente essere di tipo plastico-polimerico o in materiali plastici sinterizzati, realizzabili meccanicamente tramite stampi o per sinterizzazione di polveri. Dalla descrizione delle parti costituenti il portaspazzole 10 isostatico per collettori elettrici rotanti oggetto deirinvenzione si evince il funzionamento dello stesso, di seguito descritto.
Con riferimento alle figure 1, 2, 5, e 6, il portaspazzole è vantaggiosamente installabile su un collettore elettrico rotante 50 senza necessità di smontare lo stesso, disaccoppiando le testate della parte statorica 58 del collettore, al fine di sfilare il portaspazzole 10 dalle aste 56 come avviene per i portaspazzole secondo l’arte nota.
Con riferimento particolare alle figure 5 e 6, il portaspazzole 10 può essere facilmente e rapidamente installato, senza l’ausilio di un operatore spedalizzato, portando il portaspazzole 10 nella posizione raffigurata a figura 6 e agganciandolo a un’asta 56 con il bracdo 14’ in corrispondenza dell’apertura a scatto 24’ con una pressione della stessa sul diametro esterno dell’asta 56. Successivamente, ruotando il portaspazzole secondo la direzione individuata a figura 6 dalla freccia F, si porta lo stesso a riscontrare l’opposta asta 56 e ad agganciare stabilmente il portaspazzole 10 in corrispondenza deirapertura a scatto 24 opposta alla prima con una pressione della stessa sul diametro esterno delia rispettiva asta, secondo la configurazione rappresentata a figura 5. Il portaspazzole 10 è vincolato in maniera isostatica rispetto a detto collettore, avendo tutte le parti della struttura vincolate stabilmente tra di loro e con la struttura di detto collettore rotante. Le spazzole 20 sono libere di traslare linearmente all’intemo degli alloggiamenti 18 dei bracci 14, 14’, sospinte dall’elemento clastico 22, e indotte a riscontare con la loro superficie di strisciamento, opportunamente raggiata, la superficie diametrale esterna dell’anello conduttivo 54 del collettore 50. I bracci 14, 1-T sono incernierati tra di loro m corrispondenza della cerniera tubolare 32 e sono liberi di basculare rispetto ai perni di fissaggio 62, 62’ disposti nelle aperture di collegamento 13 e 13’ del corpo centrale 12, in maniera tale da auto-centratsi automaticamente e simmetricamente con detto elemento centrale 12 e portare le spazzole perpendicolarmente sulla superficie diametrale dell’anello conduttivo 54. Questa disposizione semplificata permette alla parte centrale 12 di essere svincolata dalla struttura del collettore rotante c di funzionare solo da ponte di collegamento strutturale tra i due bracci e da supporto per i capicorda di estremità dei conduttori in arrivo alle spazzole 20. La stessa disposizione semplificata permette una maggiore adattabilità del collettore al portaspazzole garantendogli allo stesso tempo, grazie anche al peso contenuto dei materiali, di essere inerzialmente meno soggetto ai moti vibrazionale provenienti dal collettore rotante. La stessa disposizione con i bracci 14, 14’ vincolati alle aste 56 per mezzo delle loro estremità 16 opposte al corpo centrale 12, consente agli stessi bracci di non essere soggetti a ribaltamenti quando, a seguito di un inutilizzo prolungato del collettore, la spazzola 20 tende a saldarsi superficialmente con la superficie dell’anello conduttivo 54 e a essere portata in rotazione con l’anello stesso.
Come si può rilevare da quanto precede, sono evidenti i vantaggi che il portaspazzole isostatico per collettore elettrico rotante 10 della presente invenzione consegue.
11 portaspazzole isostatico per collettore elettrico rotante 10 della presente invenzione risulta particolarmente vantaggioso perché presenta una struttura a “ponte” che consente di ottenere un’aumentata aderenza delle spazzole sull’anello conduttivo rotante.
Ulteriore vantaggio del portaspazzole isostatico per collettore elettrico rotante 10 della presente invenzione è quello eli permettere delle rapide e semplici operazioni di montaggio e di smontaggio dell’intero corpo del portaspazzole senza la necessità di disassemblare le testate del collettore rotante e senza l’impiego di utensili e di operatori specializzati.
Ulteriore vantaggio del portaspazzole isostatico per collettore elettrico rotante 10 della presente invenzione è rappresentato dal fatto di possedere una struttura isostatica leggera, senza parti labili in grado di muoversi e tale da resistere alle vibrazioni.
Ulteriore vantaggio ancora per il portaspazzole isostatico per collettore elettrico rotante 10 della presente invenzione è rappresentato dal fatto di avere dei bracci 14, 14’ facilmente ed economicamente realizzabili e adattabili e regolabili per diverse dimensioni di collettori rotanti e di spazzole.
Benché Pinvenzione sia stata sopra descritta con particolare riferimento a una sua forma di realizzazione preferita, data solo a scopo esemplificativo e non limitativo, numerose modifiche e varianti appariranno evidenti a un tecnico del ramo alla luce della descrizione sopra riportata. La presente invenzione, pertanto, intende abbracciare tutte le modifiche e le varianti che rientrano nello spirito e nell’ambito delle rivendicazioni che seguono.

Claims (3)

  1. Rivendicazioni 1. Un portaspazzole (10) comprendente un corpo centrale (12) in materiale conduttore provvisto di una molteplicità di mezzi di fissaggio (12’, 12”) per connessioni elettriche c una molteplicità di aperture di collegamento (13, 13’) passanti disposte trasversalmente e in corrispondenza delle estremità opposte di detto corpo centrale (12), uno o più bracci (14, 14’) rotazionalmente disposti in prossimità delle estremità opposte di detto corpo centrale (12) e definenti una prima e una seconda estremità (16, 16’), almeno una spazzola (20) scorrevolmente disposta in un alloggiamento (18) interno allo stesso braccio (14, 14’), dette spazzole (20) essendo cooperanti con almeno un elemento elastico (22); caratterizzato dal fatto che detti bracci (14, 14’) definiscono sulle rispettive prime estremità (16) degli agganci rapidi (24, 24’), detti bracci essendo in fui era ti tra loro in corrispondenza delle seconde estremità (16’) detti bracci essendo ulteriormente connessi in maniera basculante e in prossimità di dette seconde estremità (ló<1>) alle estremità opposte di detto corpo centrale (12).
  2. 2. Il portaspazzole (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto clic detti agganci rapidi (24, 24’) di detti bracci (14, 14’) sono formati da un’apertura a scatto (25) a sezione circolare aperta su un lato e trasversalmente disposta rispetto allo sviluppo longitudinale di detto braccio (14, 14’), detta apertura a scarto definente una porzione di imbocco ristretta (25’) rispetto alla superficie diametrale della sua sezione circolare.
  3. 3. Il portaspazzole (10) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta apertura a scatto 25 di detti agganci rapidi (24, 24’) è formata sulla superfìcie esterna di detto braccio (14) e aperta rispetto alla stessa in maniera sostanzialmente opposta alla corrispondente apertura a scatto dell’altro braccio (14’). 4. 11 portaspazzole (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto clic dette seconde estremità (16’) dei bracci (14, 14<*>) definiscono una forcella longitudinalmente formata per mezzo di un’incameratura (26) centrale posta in comunicazione con detto alloggiamento (18) formato in direzione trasversale su detto braccio (14, 14’). 5. il portaspazzole (10) secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che su un ramo di detta forcella del braccio (14, 14’) è longitudinalmente sviluppato un lembo prolungato (28) sul quale è formata un’appendice tubolare (30) sviluppata in direzione trasversale verso la parte interna di detta forcella per una lunghezza pari a circa la metà dello spessore di detto braccio (14, LO-6. 11 portaspazzole (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta appendice tubolare (30) di detto braccio (14) definisce in coopcrazione con la corrispondente appendice tubolare (30) di un altro braccio (14<7>) una cerniera mbolare (32) di rotazione sulla cui superficie esterna è coassialmente e girevolmente disposto detto elemento elastico (22), e sulla cui superfìcie diametrale interna di detta cerniera tubolare (32) è girevolmente disposto un perno cardinale (60) atto a collegare rotazionalmente detLi bracci (14, 14’). 7. Il portaspazzole (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che in prossimità di dette seconde estremità (16’) dei bracci (14, 14’) è trasversalmente ricavata un’asola sagomata (34) passante, posta in coopcrazione scorrevole con dette aperture passanti (13, 13’) di detto corpo centrale (12) per mezzo di perni di fissaggio (62, 62’) disposti in dette aperture passanti (13, 13’), detta asola sagomata (34) essendo scorrevolmente basculante rispetto a detto corpo (12) in corrispondenza di dette aperture passanti (13, 13’) e di detti perni di fissaggio (62, 62’). 8. Il portaspazzole (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento elastico (22) comprende una molla di torsione con due estremità rettilinee atte a riscontrare dette spazzole (20) internamente a detto alloggiamento (18) e in corrispondenza di una superficie superiore opposta alla superficie di strisciamento delle stesse spazzole (20). 9. Il portaspazzole (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti bracci (14, 14’) sono in materiale leggero. 10.11 portaspazzole (10) secondo la rivendicazione I, caratterizzato dal fatto di essere in materiale metallico, plastico polimerico o in materiali sinterizzati. 11. Un collettore elettrico rotante (50) caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un portaspazzole (10) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10.
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