JP2922310B2 - 集電用パンタグラフ滑り片およびその製造方法 - Google Patents

集電用パンタグラフ滑り片およびその製造方法

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brush
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  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、細長のキャリアとこのキャリアにより支持
された細長のカーボンブラシを有する集電用パンダグラ
フ滑り片即ち摺動ストリップのみならずこの滑り片の製
造方法に関するものである。
例えば電車に使用されている従来の集電用パンタグラ
フ滑り片は、習慣的に通常金属で作られているキャリア
の上部にカーボンブラシを固定することにより作られて
いる。このブラシはキャリアに、例えば接着、はんだ付
けおよび／または両者を互いに機械的にくさびで留める
ことにより適宜固定されている。このキャリアは、カー
ボンブラシを支持し、滑り片を集電器に固定するために
使われる。
斯る従来の滑り片の製造は、いくつかの欠点を有して
いる。一つの欠点は、電気的なアークが滑り片に接触し
ているオーバーヘッドワイヤと金属キャリアの露出した
表面との間で生じ得ることである。湿気、特に集電器上
に形成される氷が、アーク発生の可能性を高める。斯る
アークは滑り片、特にその金属キャリアにダメージを与
える。もう一つの欠点は、カーボンブラシとキャリアの
熱膨張特性から生じる。作動温度の変化はこの二つのエ
レメントに異る膨張をもたらし、それが、温度変化の結
果としてバイメタルが曲がるのと似たように、滑り片全
体の変形に導く。このことは、特にカーボンブラシに、
機械的なダメージを与え、ブラシとキャリアとの間の接
合の熱的な過応力状態に導くことがある。最後に、従来
のパンタグラフ滑り片の製造は、カーボンブラシと別個
に製造されたキャリアとの間の固定、永久的かつ高度に
応力を加え得る接合がなされなければならないため、か
なりの程度、比較的コストがかさむ。
内部に配置されたキャリアを有するパンタグラフ滑り
片は、オーストリア国特許第139,525号および140,894号
と同様、ドイツ国特許第431,365号および617,946号に開
示されている。これらの刊行物は、順次配置された多重
セクションからなる管状カーボンブラシおよび内部に配
置され、上記ブラシにより囲まれた金属キャリアを開示
している。このキャリアは、管状で、それは二つの方法
の内の一つにてブラシに固定されている。このキャリア
は、長手方向に切り込まれかつ元応力を与えられて、ブ
ラシの内面に係合するか（オーストリア国特許第139,52
5号）、もしもブラシ或いはそのセグメントがキャリア
に回転しないように支持されていれば、キャリアとブラ
シとの間の空間が鋳造金属で満たされているか（ドイツ
国特許第431,365号および第506,064号）である。カーボ
ンブラシのカーボンは、限られた張力を受けるだけであ
るので、ブラシの中空の内部の元応力を与えられたキャ
リアの使用は比較的不十分となる。さらに、キャリアと
カーボンブラシとの間の鋳造金属は、両者間の最適な機
械的および電気的結合を形成しない。
本発明の目的は、能率的かつ最新の方法で製造でき、
カーボンブラシとブラシの中空の内部に配置されたキャ
リアとの間のしっかりした結合を与え、今日の電気的、
機械的負担に耐え得るパンダタラフ滑り片を提供するこ
とにある。
この目的は、請求の範囲の請求項１に記載のパンタグ
ラフ滑り片、および請求項６に記載のその製造方法によ
り達成される。従属的な請求項は、パンタグラフ滑り
片、およびそれが本発明により製造される方法のさらな
る有利な特徴に向けられている。
本発明の方法は、未加工品状態のキャリアの断面を膨
張させることにより管状ブラシの内面に本来の場所のキ
ャリアの形状を一致させている。このことは、キャリア
とブラシの内面との間の一様なそして力伝達する接触を
保証し、そしてキャリアの形状をカーボンブラシの製造
プロセスにより生じる、不可避的な中空内部空間の断面
寸法のどのような小さい変動に対しても自動的に適応す
る。製造が完了すると、キャリアは滑り片のカーボンを
永続的な張力にさらさない。このカーボンブラシは、少
なくともキャリアの三つの面を囲み、その結果、特に滑
り片の長手方向の面は、オーバーヘッドワイヤへのアー
クが生じ得る露出したキャリアの表面を有していない。
さらに、カーボンブラシが基本的にキャリアのすべての
面を囲んでいるため、ブラシとキャリアの熱膨張の差
が、滑り片を変形させることはない。
本発明の実施例は、図面を参照して記述されている。
図１から４は、本発明の方法により製造されたパンタ
グラフ滑り片の異なる実施例の断面図である。
図５および６は、図１のパンタグラフ滑り片の端の長
手方向の断面である。
図7,8および９は、本発明のさらなる実施例を示し、
それぞれ上記パンタグラフ滑り片の側面図、断面図およ
び詳細な拡大図である。
図１は、カーボンブラシ１とキャリア３から作られた
パンタグラフ滑り片の断面を示している。カーボンブラ
シ１は、従来のように、集電用のカーボン材料から作ら
れており、プレス、或いは押し出し成型により作られ、
断面において、ブラシの全長にわたって延びた中空空間
の境界を定める。そして、ブラシ１は管状断面を有して
いる。図１に示されるカーボンブラシ１は、矩形断面を
有しているが、いずれかの他の望む形状であってもよ
い。
キャリア３は、カーボンブラシ１により形成される中
空空間内に配置されている。図示する実施例では、それ
は中空であり、矩形断面を有し、導電性、或いは非導電
性材料により作られる。図１に示される実施例は、さら
に、カーボンブラシの中空空間の内側で、キャリア３上
に配置された長手方向に延在する導電層５を有してい
る。それは、もしも導電層５が図１に示されるように、
より合わせられた金属ワイヤの紐（band）であるなら
ば、特に好都合である。しかしながら、導電層はまた、
キャリア３の上面および／またはカーボンブラシ１の中
空空間を形成する内面上に形成された金属メッキされた
層でもある。
キャリア３は、導電性或いは非導電性材料から作るこ
とができる。もしも、キャリア３が非導電性材料、例え
ば繊維強化樹脂から作られるならば、それは、ブラシの
長手方向におけるオーバーｔヘッドワイヤ（図示せず）
からパンタグラフ滑り片の端部に位置する接点（contac
ts）へカーボンブラシ１により集められた電流を導くた
めに導電層５を設けるのに特に好都合である。もしも、
キャリア３が、導電性材料、例えば発泡アルミニウム
（foamed aluminum）から作られるならば、導電層５は
全く必要ない。それにもかかわらず、それを設けること
は、カーボンブラシ１からキャリア３への電流を促進す
るために好都合である。
本発明に従い、図１に示されたパンタグラフ滑り片
は、次のようにして製造される。
管状のキャリア用の未加工品（blank）が、例えば繊
維強化、未硬化樹脂（いわゆる“プレプレグ”）から予
め製造され、カーボンブラシ１の中空空間の断面よりも
小さい断面を与えられる。この未加工品は、長手方向に
滑らされてカーボンブラシ１の中空空間になり、そして
加圧された流体、例えば圧縮空気、或いはアルコール−
水の混合体が、未加工品の内側に、それを外方に膨張さ
せるために、その外側がブラシの中空空間を形成する内
面に一致し、それにた対して押圧されるまで用いられ
る。この状態において、樹脂は硬化させられ、上記中空
空間の輪郭に完全に一致したキャリアがもたらされる。
そして、このキャリアはブラシ内側に形状的に固定され
（form−locked）、その結果力がそれらの間で伝わり易
くなる。例えば150℃の必要とされる硬化温度は、加圧
媒体を熱することにより、および／またはカーボンブラ
シ１を外側から熱することにより達成され得る。
繊維強化樹脂、即ちプラスチックからなるキャリアを
作る代わりに、それはまた、例えばキャリアを変形さ
せ、そしてその外側を中空空間の内側に一致させるため
加圧媒体の膨張効果を用いる上述した方法に従うことに
より、発泡アルミニウムからも作ることができる。より
合わせられた金属ワイヤの紐、或いは導電体として用い
られるそれに類するもは、上述したキャリアの未加工品
の挿入と同時に、或いはそれに先立ってカーボンブラシ
１の中空空間内に挿入されてもよい。その圧力膨張の間
にキャリアの未加工品を十分に柔らかくすることによ
り、樹脂は、金属織物５の隙間に入り、その結果この後
者は樹脂内に埋設されるようになる。
本発明の特に有利な点は、キャリア３を囲むカーボブ
ラシ１が所望の外形を付与され得ることである。図１に
示される実施例では、カーボンブラシは、ドイツフェデ
ラル鉄道（Geruman Federal Railways）により指定され
ている現在使用中のパンタグラフ滑り片のアルミニウム
キャリア上に接着されたブラシの輪郭に正確に一致する
外側の断面輪郭を有している。カーボンブラシ１は、適
当な形状のオリフィスを通してブラシを押し出すことに
より、空気力学的に有利な外側輪郭を含め、所望の形状
を付与され得る。
本発明のさらなる重要な利点は、カーボンブラシとキ
ャリアの双方の自由に選択できる断面から生じる。この
ことは、設計者が、予期される作動状態に対して、滑り
片に最も適した形状を与えることにより滑り片の重量お
よび質量分布を最適化することを可能にする。一般的に
ブラシをキャリアに接着、はんだ付け、或いはくさび留
め（wedging）することにより作られる今日の、従来の
滑り片と対照的に、本発明による滑り片は、上記の両者
が交換できるようにするために、現在使用されている集
電器と全く同様の重量および重量分布を有するように、
或いはそれが、例えば、従来の集電器の30％以下の重量
を有し、極めて軽くなるように任意に作ることができ
る。本発明によりもたらされるこれらの利点は、集電器
の動的性能を著しく改善するために利用できる。
本発明のさらなる著しい利点は、キャリアとそのカー
ボンブラシに対する電器接点とが、例えば腐食性ガス、
侵略的なちり、塩分を含んだ霧等のような環境上の因子
に対してより安定しており、影響を受けにくく、その理
由は、露出した金属製或いは樹脂製キャリアを有する現
在使用されている集電器とは異なり、カーボン材が本発
明のキャリアの全面を囲み、保護しているからである。
図２に示されている実施例では、カーボンブラシ１
が、断面において幅広の下部と概して円形の上部を有す
る長手方向の中空空間を形成している。長手方向に延び
るキャリア３は、下部に配置され、図１に示された実施
例に関連して記述されたのと類似の方法で形成される。
中空空間の上部の円形部は、長手方向に延びた、弾性的
に伸縮可能な管状部材７を収容しており、そしてそれ
は、カーボンブラシ１の内面に対して予め応力を加えら
れ、かつ電流をオーバーヘッドワイヤからカーボンブラ
シの長手方向に流すための導電体として働く。この管状
部材７は、この長手方向に弾伸ばされながら上記中空空
間内に挿入される。その弛緩と同時に、伸びた部材は元
の形状に戻り、その部材はそれ自信を膨張させ、カーボ
ンブラシ１に接触する。
図２に示される実施例は、破断検出チャンネルとして
上記中空空間の上部の円形部の使用を許容している。こ
の目的のために、上記中空空間内で一定の予め決められ
たガス圧力を保つ装置がカーボンブラシ１の端部に結合
される。もしも、ガーボンブラシ１に亀裂が進むと、或
いはもしもこのブラシが上記中空空間が露出するように
なるまで摩滅すると、ガス圧力は降下する。これが検出
され、それによりカーボンブラシの損傷、過度の摩滅を
知らせることになる。適切な亀裂検出装置は、当業者に
とって公知である。
図３に示される実施例では、カーボンブラシ１は下方
に開口したスロットを含んでおり、その結果それはその
内部の中空空間を完全には囲んではいない。したがっ
て、図３に示されたカーボンブラシはＣ形となってい
る。従って、上記ブラシの中空空間内に配置されたキャ
リア３′は、大柄で（massive）、Ｔ形状をしたバーを
形作っている。キャリア３′は、例えば発泡プラスチッ
ク、樹脂、或いはアルミニウムからなっている。オーバ
ーヘッドワイヤから集められた電流を流すため導電層５
は、カーボンブラシ１の内面とキャリア３′との間のカ
ーボンブラシ１の中空の内部に配置されている。もし
も、キャリア３′が導電性材料からできているのであれ
ば、層５は省略できる。
図４は、図３に示されているようなＣ形断面を有する
カーボンブラシ１を示している。キャリア３″は、図１
に示されている本発明の実施例に関連して記述されてい
るのと同様に、ブラシとともに組み立てられる。キャリ
ア３″は、例えば繊維強化樹脂から作られた管状未加工
品として供給され、それは、カーボブラシ１内の中空の
内部空間内に挿入され、加圧空気で膨張させられ、ブラ
シの下方に開口したスリットを形成する側面を含むカー
ボンブラシの内面に密着させられる。樹脂の硬化に続い
て、Ｔ形キャリア３″は、ブラシの下方に開口した中空
空間を完全に閉じる。図１に示され、図１に関連して述
べられたように、キャリア３″はまた、ブラシ１から滑
り片の端部に電流を流すために導電体にぴったりと合わ
せられる。
図５は、図１に示されたパンタグラフ滑り片の端部の
可能性のある構造を示している。長手方向のスリット11
は、カーボンブラシ１とキャリア３の双方に下方に向け
られた面に形成されている。装着ボルト13は、スリット
11を貫いて延び、キャリア３の内側にて、そこに適当に
取り付けられたヘッド15を含んでいる。
図６は、図１に示されたパンタグラフ滑り片の端部を
構成するためのものう一つの実施例を示している。少な
くとも一つの開口部16が、カーボンブラシ１とキャリア
３の双方の下方に面した壁部に形成されている。装着ボ
ルト18は、上記開口部を貫いて延び、そしてキャリアの
内側にてナット19にねじ締めされている。
キャリア３が形成され、硬化させられる前に装着ボル
ト19が適所に配置されると、キャリアの形成および硬化
がキャリア内にボルトを埋設する。
図７は、本発明にしたがって構成されたパンタグラフ
滑り片の側面図で、下方にカーブしたその端部におい
て、パンタグラフの残りの部分と一体的に形成され、カ
ーボンブラシにオーバーヘッドワイヤをガイドするため
に設けられた側部パンタグラフホーン1aを示している。
図８は、図７のII−II線断面図である。カーボンブラ
シ１は、上部に僅かに切り妻状の部分を含む全体的に卵
形の断面を有する長手方向に連続した中空空間を完全に
囲んでいる。管状のキャリア３は、中空空間1b内に配置
され、その形状を、上述したように、中空空間の内面の
形状に一致させるために変形させられる。薄い導電層
５、例えばワイヤメッシュが、キャリア３を完全に囲
み、キャリアと中空空間1bを形成するブラシの内面との
間に配置されている。
中空空間1bとその内部に配置されたキャリア３は、側
部ホーン1aを含み、図７に示されたパンタグラフ滑り片
の全長にわたって延在しており、その結果、ホーンもま
たキャリアによって支持されている。キャリア３のため
に使われている管状の未加工品は、十分に柔らかく、柔
軟な条件下で、中空空間1b内に滑らせて挿入され、その
結果それは、その挿入の間、それ自信上記ホーンのカー
ブした形状に一致する。
図９は、図７の線IIIで丸く囲まれた部分の詳細で、
パンタグラフ滑り片の中央部とホーン1aとの間の移り変
りを示している。カーボンブラシ１は、その全長にわた
って延びる中空の内部空間1bを有している。比較的薄い
壁の管状のキャリア３は、この中空空間に配置され、導
電層５によって囲まれている。装着ボトル13が、カーボ
ンブラシ１の下方に向けられた壁における孔11を貫き、
それらはキャリア３の内部内のナット15に係合してい
る。ボルト13は、滑り片をパンタグラフ構造に機械的に
固定するために使用されている。図示する実施例におい
てカーボブラシ１の外側の面に導電性を有するように固
定された金属接点エレメント10は、滑り片への電気接点
をもたらすために設けられている。これに代えて、金属
接点エレメント10は、ブラシの下方に向けられた壁にお
ける開口部を貫いて、キャリア３とカーボンブラシ１と
の間の導電層５に電気的に結合させられてもよい。
パンタグラフ滑り片のキャリアへのカーボンブラシの
接着、はんだ付け或いはくさび留めによるパンタグラフ
滑り片の従来の製造方法とは異なり、本発明の方法は、
事実上さらなる製造ステップを必要とすることなく、本
質的に単一ステップでブラシの中空内部空間の形状にキ
ャリアの形状を直接的に一致させている。その結果、キ
ャリアを形状形成、それとカーボンブラシとの機械的か
つ電気的に結合のすべてが、単一のステップで同時に生
じている。この方法は、一体的に構成された側部パンタ
グラフホーンを含み、真に一体的に形成されたパンタグ
ラフ滑り片を与える。これは、ブラシ、ホーンとキャリ
アとの間の中間的な結合がない故、滑り片に対する最適
な長さと、長くかつ故障のない作動をもたらす。
キャリアの形状および寸法のカーボンブラシのそれに
対する一様な適応は、滑り片内の電流の最適分布ととも
に、ブラシに対する一様な機械的支持に導く。それによ
り、局部的な過電流の危険性は最少化される。さらに、
従来の滑り片に比して、本発明の滑り片の構造的安定性
および弾性は、著しく大きい。キャリアとカーボンブラ
シの熱膨張の差から生じる滑り片の変形は本発明により
最少化され、その理由は、それがブラシの内部にキャリ
アを配置し、そのことが滑り片を実質的に張力のない状
態にしているからである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実用新案登録339024（ＪＰ，Ｚ２) 特表 平３−505812（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−505093（ＪＰ，Ａ) 特表 平３−505811（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B60L 5/00 - 5/42

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】長手方向に延びた中空空間を少なくとも三
    つの面にて取り囲む管状の、Ｕ字形或いはＣ形断面を有
    する細長のカーボンブラシ（１）と、このカーボンブラ
    シ（１）を全長にわたって支持する上記中空空間内に配
    置された細長のキャリア（３）と含む集電用滑り片にお
    いて、上記キャリア（３）が、最終的な形状を、上記中
    空空間を形成するカーボンブラシ（１）の内面に断面膨
    張させることにより直接一致させることにより与えられ
    るキャリアエレメントからなることを特徴とする集電用
    滑り片。
  2. 【請求項２】上記キャリア（３）が、プラスチック材料
    からなり、導電性エレメント即ち導電層（5,9）が、少
    なくとも上記中空空間の内面の一部と上記キャリア
    （３）との間に配設されていることを特徴とする請求項
    １に記載の滑り片。
  3. 【請求項３】上記キャリアがプラスチック材料からな
    り、上記カーボンブラシ（１）の上記中空空間の内面に
    面する少なくとも上記キャリア（３）の表面に導電性部
    材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の
    滑り片。
  4. 【請求項４】少なくとも一端における長手方向のスリッ
    トの形状を有する上記カーボンブラシ（１）の開口部、
    或いは孔を通して少なくとも電気接点エレメントおよび
    機械的取付け装置の内のいずれか一方が上記キャリアに
    結合されることを特徴とする請求項１から３のいずれか
    に記載の滑り片。
  5. 【請求項５】上記カーボンブラシの端部にて、これと一
    体的に構成されるカーブしたホーン（1a）が設けられ、
    上記カーボンブラシの上記中空空間が上記ホーン（1a）
    を貫いて延び、上記キャリア（３）が上記ホーンのカー
    ブした形状に対応したカーブした形状を有し、上記ホー
    ン（1a）の全長にわたって延び、このホーン（1a）を支
    持していることを特徴とする請求項１から４のいずれか
    に記載の滑り片。
  6. 【請求項６】管状の、或いはＵ字形、或いはＣ形の断面
    と長手方向に延びる中空空間を有する細長のカーボンブ
    ラシ（１）と上記中空空間内に配置された細長のキャリ
    ア（３）とを有し、この中空空間が少なくともこの上面
    および両側面にて上記カーボンブラシによって囲まれ、
    上記キャリア（３）が上記カーボンブラシ（１）を支持
    する集電用滑り片の製造方法であって、上記カーボンブ
    ラシ（１）の上記中空空間の断面よりも小さい断面寸法
    を有する上記キャリア（３）の未加工品を供給し、この
    未加工品を上記カーボンブラシ（１）の上記中空空間内
    に挿入し、上記未加工品の断面を膨張させて、上記中空
    空間の少なくとも上面および両側面にて上記中空空間を
    形成する上記カーボンブラシ（１）の内面の少なくとも
    一部に接触させることにより、上記未加工品を完成した
    キャリアの形状にするステップからなることを特徴とす
    る集電用滑り片の製造方法。
  7. 【請求項７】導電層（５）が、上記未加工品と上記内部
    空間を形成する表面の少なくとも一部との間に配置され
    ていることを特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】上記未加工品が管状体で、内部を加圧媒体
    にさらされ、膨張させられることを特徴とする請求項６
    または７に記載の方法。
  9. 【請求項９】上記未加工品が、未硬化プラスチックから
    なり、それが変形させられている間またはその後に硬化
    させられることを特徴とする請求項６から８のいずれか
    に記載の方法。
  10. 【請求項１０】上記未加工品の硬化に必要とされる加熱
    を助け、或いは引き起こす熱せられた加圧媒体を使用す
    ることを特徴とする請求項８記載の方法。
  11. 【請求項１１】加圧媒体として液体を使用することを特
    徴とする請求項８または10に記載の方法。
  12. 【請求項１２】上記プラスチックが繊維強化プラスチッ
    クであることを特徴とする請求項９に記載の方法。
  13. 【請求項１３】上記未加工品が発泡剤でもって発泡させ
    られ得るアルミニウム合金により作られ、上記未加工品
    がそれを形成することにより形作られることを特徴とす
    る請求項６に記載の方法。
  14. 【請求項１４】上記未加工品が、その表面層上に導電性
    材料を位置させることにより導電体に形成されることを
    特徴とする請求項９または12に記載の方法。
  15. 【請求項１５】少なくとも一金属部材が上記未加工品内
    に、その形成形に先立って挿入され、そして電気接点
    （10）および機械的取り付け装置（13,18）の内の少な
    くとも一方を形成するために最終的に形成形されたキャ
    リア内に埋設されたままとなることを特徴とする請求項
    ６から14のいずれかに記載の方法。
JP9508095A 1995-08-08 1996-07-31 集電用パンタグラフ滑り片およびその製造方法 Ceased JP2922310B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19529169A DE19529169A1 (de) 1995-08-08 1995-08-08 Schleifstück für Stromabnehmer
DE19529169.7 1995-08-08
PCT/EP1996/003372 WO1997006025A1 (de) 1995-08-08 1996-07-31 Schleifstück für stromabnehmer und verfahren zu seiner herstellung

Publications (2)

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