PL198611B1 - Zespół płaskiego, segmentowego komutatora węglowego i sposób jego wytwarzania - Google Patents

Abstract

1. Zespó l p laskiego, segmentowego komutatora w eglowe- go (10) zawieraj acy pier scieniow a piast e (12) zbudowan a z materia- lu izoluj acego elektrycznie, szereg metalicznych elementów prze- wodz acych (16) zamocowanych w uk ladzie pier scieniowym, roz- mieszczonych obwodowo w odst epach na pia scie (12), przy czym ka zdy z elementów przewodz acych (16) zawiera pierwszy wyst ep czo lowy (18) stanowi acy integraln a cz esc ka zdego z elementów przewodz acych (16) i wystaj acy z powierzchni czo lowej ka zdego z elementów przewodz acych (16), szereg w eglowych segmen- tów (22) komutatora umieszczonych na odpowiadaj acych im ele- mentach przewodz acych (16), tworz acych p lask a, z lo zon a, pier- scieniow a, czo low a powierzchni e komutacyjn a, przy czym pierwsze wyst epy czo lowe (18) s a rozmieszczone w odpowiadaj acych im zag lebieniach (24) w segmentach (22) komutatora, przy czym pierwszy wyst ep czo lowy (18) ka zdego elementu przewodz ace- go (16) posiada pierwszy przekrój równoleg ly do tylnej powierzch- ni (26) odpowiadaj acego mu segmentu (22) komutatora i s asiaduj a- cy z t a powierzchni a (26) oraz drugi przekrój równoleg ly do pierw- szego przekroju i przesuni ety osiowo do przodu wzgl edem tego pierwszego przekroju, znamienny tym, ze drugi przekrój ma wi ek- sz a powierzchni e od pierwszego przekroju, zabezpieczaj ac przed wysuwaniem si e pierwszego wyst epu czo lowego (18) ka zdego z elementów przewodz acych (16) z odpowiadaj acego temu wyst e- powi (18) segmentu (22) komutatora i przed mechanicznym zablo- kowaniem segmentów (22) komutatora w odpowiadaj acych im zamocowanych elementach przewodz acych (16). PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy zespołu płaskiego, segmentowego komutatora węglowego oraz sposobu jego wytwarzania.

Wiadomo, że płaskie segmentowe komutatory węglowe zawierają metaliczne części przewodzące podtrzymywane w rozmieszczonym obwodowo w odstępach układzie wokół pierścieniowej powierzchni czołowej stanowiącej część pierścieniowej piasty wykonanej z izolatora. Wiadomo również, że taki komutator zawiera węglowe segmenty komutatora, które są uformowane wokół i zablokowane fragmentami odpowiadających im części przewodzących. Segmenty komutatora węglowego tworzą płaską, złożoną powierzchnię komutacyjną.

Przykład takiego komutatora jest ujawniony w opisie patentowym US nr 5 912 523, opublikowanym 15 czerwca 1999 na rzecz Ziegler'a i wsp. i następnie przeniesionym na zgłaszającego oraz wskazanym niniejszym jako odnośnik. Aby pewnie umiejscowić i zabezpieczyć segmenty węglowe, wbudowuje się je w piastę.

Oprócz tego, w dokumencie patentowym US nr 5 925 962 opublikowanym 20 czerwca 1999 (na rzecz Kobman'a i wsp.), jak również w US nr 5 912 523 ujawniono naprasowanie materiału węglowego i izolującego na podłoże metaliczne w procesie wytwarzania oraz tłoczenie naprasowywanej mieszanki węglowej przez otwory w metalicznych częściach przewodzących w celu wytworzenia lepiej zabezpieczonego połączenia segmentów węglowych z częściami przewodzącymi.

Potrzebne jednak jest takie mocowanie segmentów płaskiego komutatora, które pozwoli na podtrzymywanie i pewne zabezpieczenie segmentów komutatora bez stopienia materiału piasty wokół segmentów węglowych lub inaczej - bezpośrednie połączenie segmentów węglowych z piastą.

Przedmiotem wynalazku jest zespół płaskiego, segmentowego komutatora węglowego zawierający:

- pierścieniową piastę zbudowaną z materiału izolującego elektrycznie,

- szereg metalicznych elementów przewodzących zamocowanych w układzie pierścieniowym, rozmieszczonych obwodowo w odstępach na piaście, przy czym każdy z elementów przewodzących zawiera pierwszy występ czołowy stanowiący integralną część każdego z elementów przewodzących i wystający z powierzchni czołowej każdego z elementów przewodzących,

- szereg węglowych segmentów komutatora umieszczonych na odpowiadających im elementach przewodzących, tworzących płaską, złożoną, pierścieniową, czołową powierzchnię komutacyjną, przy czym pierwsze występy czołowe są rozmieszczone w odpowiadających im zagłębieniach w segmentach komutatora, przy czym pierwszy występ czołowy każdego elementu przewodzącego posiada pierwszy przekrój równoległy do tylnej powierzchni odpowiadającego mu segmentu komutatora i sąsiadujący z tą powierzchnią oraz drugi przekrój równoległy do pierwszego przekroju i przesunięty osiowo do przodu względem tego pierwszego przekroju. Istotą rozwiązania według wynalazku jest to, że drugi przekrój ma większą powierzchnię od pierwszego przekroju, zabezpieczając przed wysuwaniem się pierwszego występu czołowego każdego z elementów przewodzących z odpowiadającego temu występowi segmentu komutatora i przed mechanicznym zablokowaniem segmentów komutatora w odpowiadających im zamocowanych elementach przewodzących.

W jednym z korzystnych wariantów realizacji zespołu komutatora według wynalazku pierwszy występ czołowy każdego z elementów przewodzących posiada przekrój trapezowy i jest umieszczony w odpowiadającym mu kształtem zagłębieniu w odpowiadającym mu węglowym segmencie komutatora. W korzystniejszym wariancie realizacji zespołu komutatora według wynalazku piasta zawiera centralną oś obrotową piasty, a pierwsze występy czołowe elementów przewodzących tworzą razem pierścień segmentowy złożony z pierwszych występów czołowych, rozmieszczonych współosiowo względem osi piasty, przy czym przekroje trapezowe pierwszych występów czołowych są zorientowane pionowo i promieniowo względem osi piasty.

W jeszcze korzystniejszym wariancie realizacji zespołu komutatora według wynalazku pierwszy występ czołowy każdego elementu przewodzącego wykazuje nieciągłość powierzchni, a każdy węglowy segment komutatora posiada odpowiadającą jej nieciągłość, komplementarną i sprzęgającą się z nieciągłością powierzchni odpowiadającego mu pierwszego występu czołowego.

W najkorzystniejszym wariancie realizacji zespołu komutatora według wynalazku nieciągłości powierzchni obejmują rowki uformowane w powierzchni czołowej każdego z pierwszych występów czołowych i są zorientowane promieniowo względem osi piasty.

PL 198 611 B1

W innym szczególnie korzystnym wariancie realizacji z powierzchni czołowej każdego elementu przewodzącego wystaje drugi występ czołowy, który sprzęga się z komplementarnym do niego zagłębieniem w odpowiadającym mu węglowym segmencie komutatora, przy czym drugie występy czołowe elementów przewodzących tworzą razem pierścień segmentowy złożony z drugich występów czołowych rozmieszczonych koncentrycznie względem pierścienia pierwszych występów czołowych.

W kolejnym korzystnym wariancie realizacji zespołu komutatora według wynalazku każdy element przewodzący zawiera integralnie z nim połączony pierwszy występ tylny, wystający z tylnej powierzchni każdego elementu przewodzącego i umieszczony w zagłębieniu w piaście.

W szczególnie korzystnym wariancie realizacji zespołu komutatora według wynalazku pierwszy występ tylny każdego elementu przewodzącego posiada pierwszy przekrój równoległy do powierzchni czołowej odpowiadającego mu segmentu komutatora i sąsiadujący z tą powierzchnią oraz drugi przekrój równoległy do pierwszego przekroju i przesunięty osiowo do tyłu tego pierwszego przekroju, przy czym drugi przekrój ma większą powierzchnię od pierwszego przekroju.

W korzystniejszym wariancie realizacji zespołu komutatora według wynalazku pierwszy występ tylny każdego elementu przewodzącego posiada przekrój trapezowy i jest umieszczony w odpowiadającym mu kształtem zagłębieniu w piaście.

W jeszcze korzystniejszym wariancie realizacji zespołu komutatora według wynalazku pierwsze występy tylne elementów przewodzących tworzą razem pierścień segmentowy złożony z pierwszych występów tylnych rozmieszczonych współosiowo względem osi piasty, przy czym przekroje trapezowe pierwszych występów tylnych są zorientowane pionowo i promieniowo względem osi piasty.

W dalszym, szczególnie korzystnym wariancie realizacji zespołu komutatora według wynalazku pierwszy występ tylny każdego elementu przewodzącego wykazuje nieciągłość powierzchni, a piasta posiada odpowiadającą jej nieciągłość, komplementarną i sprzęgającą się z nieciągłością powierzchni odpowiadającego występu elementu przewodzącego.

W innym szczególnie korzystnym wariancie realizacji zespołu komutatora według wynalazku nieciągłości powierzchni obejmują rowki uformowane w powierzchni tylnej każdego z pierwszych występów tylnych i są zorientowane promieniowo względem osi piasty.

W następnym szczególnie korzystnym wariancie realizacji zespołu komutatora według wynalazku z powierzchni tylnej każdego elementu przewodzącego wystaje drugi występ tylny, który sprzęga się z komplementarnym do niego zagłębieniem w piaście, przy czym drugie występy tylne elementów przewodzących tworzą razem pierścień segmentowy złożony z drugich występów tylnych rozmieszczonych koncentrycznie względem pierścienia pierwszych występów tylnych.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób wytwarzania płaskiego, segmentowego komutatora węglowego zawierającego wiele metalicznych elementów przewodzących rozmieszczonych obwodowo, w odstępach, w układzie pierścieniowym na piaście zawierającej materiał izolujący elektrycznie, gdzie z powierzchni czołowej każdego elementu przewodzącego wystaje pierwszy występ czołowy wbudowany w jeden z wielu węglowych segmentów komutatora, a segmenty komutatora tworzą płaską, złożoną, pierścieniową, czołową powierzchnię komutacyjną, przy czym w sposobie wytwarzania najpierw formuje się pierścieniowe podłoże przewodzące, następnie na podłożu przewodzącym formuje się pierścieniową tarczę węglową, wprowadza się pierścieniową piastę zawierającą materiał izolacyjny i formuje się elektrycznie izolowane, rozłożone obwodowo w odstępach segmenty komutatora oraz odpowiadające im elementy przewodzące przez wykonanie promieniowych nacięć w pierścieniowej tarczy węglowej oraz w podłożu metalicznym.

Istotą sposobu według wynalazku jest to, że podczas formowania pierścieniowego podłoża przewodzącego tworzy się pierwsze pierścieniowe występy czołowe wystające promieniowo z powierzchni czołowej pierścienia podłoża oraz pierwsze kołowe występy tylne wystające promieniowo z tylnej powierzchni pierścienia podłoża przez odlewanie lub prasowanie materiału metalicznego, włącznie z utworzeniem czołowych i tylnych występów, których wolne końce mają większą powierzchnię przekroju poprzecznego niż końce występów bezpośrednio przechodzące w podłoże, w etapie formowania pierścieniowej tarczy węglowej na powierzchnię czołową podłoża przewodzącego oraz wokół pierwszych występów czołowych naprasowuje się mieszankę węglową i pozostawia mieszankę do stwardnienia i mechanicznego zaczepienia tarczy węglowej na podłożu, a w etapie wprowadzenia pierścieniowej piasty na powierzchnię tylną podłoża i wokół pierwszych występów tylnych naprasowuje się materiał izolacyjny do mechanicznego zaczepienia piasty na podłożu.

PL 198 611 B1

W jednym z korzystnych wariantów realizacji sposobu według wynalazku w etapie formowania pierścieniowego podłoża przewodzącego na pierwszy materiał metaliczny nanosi się powłokę zawierającą materiał metaliczny o większym przewodnictwie niż pierwszy materiał metaliczny.

W innym korzystnym wariancie realizacji sposobu według wynalazku w etapie formowania pierścieniowej tarczy węglowej na podłożu przewodzącym naprasowuje się węgiel na powierzchnię czołową podłoża przewodzącego i wokół pierwszych pierścieniowych występów czołowych.

W jeszcze innym korzystnym wariancie realizacji sposobu według wynalazku w etapie formowania podłoża przewodzącego formuje się drugie pierścieniowe występy czołowe, rozmieszczone koncentrycznie względem pierwszych pierścieniowych występów czołowych, zaś w etapie formowania pierścieniowej tarczy węglowej na podłożu przewodzącym naprasowuje się węgiel wokół drugich pierścieniowych występów czołowych.

W następnym korzystnym wariancie realizacji sposobu według wynalazku w etapie formowania podłoża przewodzącego formuje się drugie kołowe występy tylne, wystające promieniowo z tylnej powierzchni podłoża i rozmieszczone koncentrycznie względem pierwszych kołowych występów tylnych.

W szczególnie korzystnym wariancie realizacji sposobu według wynalazku w etapie formowania drugich występów tylnych formuje się drugie występy tylne o wolnych końcach posiadających powierzchnię przekroju poprzecznego większą niż końce pierwszych występów czołowych bezpośrednio przechodzące w podłoże, zaś w etapach wprowadzenia pierścieniowej piasty i połączenia podłoża przewodzącego z piastą materiał izolacyjny naprasowuje się na tylną powierzchnię podłoża metalowego oraz wokół drugich kołowych występów tylnych.

W zespole komutatora według wynalazku pierwszy występ czołowy zapewnia pewną blokadę mechaniczną, dzięki której niepotrzebne jest stosowanie dalszych zabezpieczeń segmentów komutatora, takich jak częściowe wbudowywanie ich w piastę.

Przedmiot wynalazku w przykładach realizacji zilustrowano na rysunku, na którym: figura 1 przedstawia widok z przodu zespołu komutatora płaskiego według wynalazku; figura 2 przedstawia przekrój boczny zespołu z fig. 1, wykonany wzdłuż linii 2-2 z fig. 1; figura 3 przedstawia widok z przodu zespołu z fig. 1, z usuniętymi segmentami komutatora, w celu ukazania elementów przewodzących wchodzących w skład zespołu;

figura 4 przedstawia przekrój boczny alternatywnego wariantu realizacji zespołu z fig. 1; figura 5 przedstawia widok z przodu zespołu z fig. 4, z usuniętymi segmentami komutatora, w celu ukazania elementów przewodzących wchodzących w skład zespołu;

figura 6 przedstawia częściowo wycięty, boczny rzut perspektywiczny podłoża przewodzącego, z którego formowane są segmenty przewodnika w czasie konstruowania płaskiego komutatora węglowego według wynalazku;

figura 7 przedstawia częściowo wycięty, boczny rzut perspektywiczny tarczy węglowej uformowanej na podłożu przewodzącym z fig. 8, z której tworzone są segmenty komutatora w czasie konstruowania płaskiego komutatora węglowego według wynalazku;

figura 8 przedstawia powiększony przekrój podłoża węglowego pokazanego w wyciętej części na fig. 6 wewnątrz kółka 8.

Płaski lub „czołowy” zespół segmentowego komutatora węglowego jest ogólnie przedstawiony jako 10 na fig. 1-3. Drugi wariant realizacji zespołu zamocowania segmentów komutatora jest przedstawiony jako 10' na fig. 4 i 5. Numery odnośników oznaczone (') na fig. 4 i 5 oznaczają alternatywny układ elementów, które pojawiają się także w pierwszym wariancie realizacji. Jeśli nie zostanie to zaznaczone inaczej, część informacji w poniższym opisie, w której stosowane są odnośniki cyfrowe w odniesieniu do figur rysunku, odnosi się również do elementów oznaczonych (') na fig. 4 i 5.

Zespół 10 obejmuje pierścieniową piastę 12 składającą się z materiału izolującego elektrycznie i posiadającą zasadniczo płaską, pierścieniową powierzchnię czołową 14. Piasta 12 obejmuje centralną, obrotową oś piasty oznaczoną jako 28 na fig. 1, 2 i 3. Zespół 10 obejmuje także wiele metalicznych elementów przewodzących 16 podtrzymywanych na piaście 12 w pierścieniowym układzie obwodowo rozmieszczonym w odstępach wokół powierzchni czołowej 14 piasty 12, jak to najlepiej pokazano na fig. 3. Każdy element przewodzący 16 zawiera pierwszy pierścieniowy występ czołowy 18 rozciągający się nieprzerwanie od powierzchni czołowej 20 każdego elementu przewodzącego 16.

Zespół 10 zawiera również wiele węglowych segmentów 22 komutatora mechanicznie zablokowane oraz podtrzymywane przez odpowiednie elementy przewodzące 16, tworzące płaską, pierścieniową, złożoną powierzchnię komutacyjną. Występy czołowe 18 elementów przewodzących 16 są wbudowane w odpowiadające im segmenty 22 komutatora. Inaczej mówiąc, występy czołowe 18 są

PL 198 611 B1 rozmieszczone wewnątrz uzupełniających wgłębień 24 uformowanych na tylnich powierzchniach 26 odpowiadających im segmentów 22 komutatora, które oparte są na elementach przewodzących 16.

Jak to jest najlepiej pokazane na fig. 8, występ czołowy 18 każdego elementu przewodzącego 16 posiada układ „gołębiego ogona”, a wgłębienie segmentu komutatora 24 odpowiadające każdemu elementowi przewodzącemu 16 posiada uzupełniający układ typu gołębiego ogona. Dokładniej mówiąc, pierwszy występ czołowy 18 każdego przewodnika posiada kształt wygiętego graniastosłupa trapezoidalnego i pasuje do zagłębienia o kształcie wygiętego graniastosłupa trapezoidalnego 24 w odpowiadającym im segmencie 22 komutatora, jak to pokazano na fig. 2 i 7. Dlatego, jak to najlepiej pokazano na fig. 2, pierwszy występ czołowy 18 każdego elementu przewodzącego 16, posiadający wąską szyjkę lub koniec podstawy 25, przy którym znajduje się pierwszy przekrój równoległy i sąsiadujący z tylnią powierzchnią 26 odpowiadającego mu segmentu komutatora 22 posiada także oddalony koniec 27, przy którym znajduje się drugi przekrój równoległy i oddalony osiowo naprzód od pierwszego przekroju. Drugi przekrój ma większą powierzchnię niż pierwszy, co zapobiega wysuwaniu się pierwszego występu czołowego 18 każdego elementu przewodzącego 16 z odpowiadającego mu segmentu 22 komutatora oraz mechanicznie blokuje i mocuje segment 22 komutatora do odpowiadającego mu podtrzymującego elementu przewodzącego 16. Ten blokujący układ gołębiego ogona zapewnia pewną blokadę mechaniczną, dzięki której niepotrzebne jest stosowanie dalszych zabezpieczeń segmentów 22 komutatora, takich jak częściowe wbudowywanie ich w piastę 12.

Czołowe występy 18 elementów przewodzących 16 razem tworzą segmentowy, złożony pierścień występów czołowych 18, jak to najlepiej zostało pokazane na fig. 3. Pierścień występów czołowych 18 jest umieszczony współosiowo względem osi piasty 28. Występy czołowe 18 elementów przewodzących 16 są skierowane tak, że ich trapezowe przekroje są rozmieszczone pionowo i promieniowo względem osi piasty 28. Inaczej mówiąc, pionowe płaszczyzny przechodzące przez oś piasty 28 oraz przez każdy element przewodzący 16 tworzyłyby trapezowe przekroje przez każdy występ czołowy 18 elementu przewodzącego 16.

Występ czołowy 18 każdego elementu przewodzącego 16 zawiera nieciągłości powierzchni w formie rowków 30 ukształtowanych w powierzchni czołowej 32 każdego występu czołowego 18 umieszczonej na dalszym końcu 27 każdego występu 18. Rowki 30 są skierowane promieniowo względem osi piasty 28. Każdy segment węglowy 22 zawiera odpowiadające mu nieciągłości w formie rowków 31 ukształtowane w czołowej powierzchni 24 każdego wgłębienia segmentu węglowego 24. Rowki w powierzchni czołowej każdego wgłębienia segmentu węglowego 24 uzupełniają się i sczepiają z rowkami 30 w odpowiadających im występach elementów przewodzących 16. Blokujące się, promieniste rowki 30, 31 w segmentach węglowych 22 i elementach przewodzących 16 zapobiegają przed obwodowym ślizganiem się segmentów komutatora 22 po odpowiadających im występach elementów przewodzących 16.

Każdy element przewodzący 16 zawiera nierozdzielny, tylny występ 34, który nierozdzielnie rozciąga się od tylnej powierzchni 36 każdego elementu przewodzącego 16. Tylny występ 34 każdego elementu przewodzącego jest rozmieszczony w uzupełniającym się z nim wgłębieniu 37, uformowanym w powierzchni czołowej 14 piasty 12, w celu pewnego przymocowania elementów przewodzących 16 do piasty 12.

Każdy element przewodzący 16 zawiera również wystający osiowo na zewnątrz trzpień 39. Trzpienie 36 są ukształtowane w celu podtrzymywania przewodów cewki elektrycznie połączonych z trzpieniami 39 poprzez lutowanie.

W nawiązaniu do drugiego wariantu realizacji zespołu przedstawionego jako 10' na fig. 4 i 5, drugi występ czołowy 52, 40 rozciąga się od powierzchni czołowej 20' każdego elementu przewodzącego 16' i sprzęga z uzupełniającą się z nim przerwą 42 w powierzchni tylnej odpowiadającego mu segmentu węglowego 22'. Drugie występy czołowe 40 dodatkowo mocują segmenty węglowe 22' do odpowiednich elementów przewodzących 16'. Drugie występy czołowe 40 elementów przewodzących 16' tworzą razem drugi segmentowy, złożony pierścień występów czołowych 52, umieszczony koncentrycznie względem pierwszego pierścienia występów czołowych 52, jak to jest najlepiej pokazane na fig. 5. Tak samo jak pierwsze występy czołowe 18', drugie występy czołowe mają ogólny kształt wygiętego graniastosłupa trapezoidalnego.

W nawiązaniu do drugiego wariantu realizacji wynalazku umieszczonego na fig. 4 i 5, drugi tylny występ 44 rozciąga się od tylnej powierzchni 26' każdego elementu przewodzącego 16' i sprzęga z uzupełniającą się z nim przerwą 46 w czołowej powierzchni 14' piasty 12'. Drugi tylny występ 44 każdego elementu przewodzącego 16' dodatkowo mocuje elementy przewodzące 16' do piasty 12'.

PL 198 611 B1

Drugie tylne występy 44 elementów przewodzących 16' tworzą razem drugi segmentowy, złożony pierścień występów tylnych, umieszczony koncentrycznie względem pierwszego pierścienia występów tylnych 18'. Drugi pierścień występów tylnych jest zasadniczo identyczny z drugim pierścieniem występów czołowych 52 i posiada taki sam trapezoidalny przekrój i kształt wygiętego graniastosłupa trapezoidalnego jak drugi występ czołowy 18.

W praktyce, węglowe segmentowe komutatory płaskie lub „typu czołowego” mogą być wytwarzane przez formowanie w pierwszej kolejności pierścieniowego podłoża przewodzącego, najlepiej oznaczonego jako 50 na fig. 6 i 7. Podłoże przewodzące 50 posiada występ czołowy 52, pierścieniowy lub o kształcie kręgu, rozciągający się nierozdzielnie i osiowo od czołowej powierzchni 54 podłoża przewodzącego 50. Pierścieniowe podłoże przewodzące 50 może być ukształtowane poprzez odlewanie podłoża przewodzącego 50 z pierwszego materiału metalicznego lub poprzez wytłoczenie podłoża przewodzącego 50 z surówki miedziowej lub surówki zawierającej inny odpowiedni metal. Powłoka metaliczna, oznaczona jako 56 na fig. 8, może być również umieszczona na pierwszym materiale metalicznym. W tym przypadku, powłoka zawiera korzystnie materiał metaliczny, taki jak miedź, który oznacza się lepszym przewodnictwem niż pierwszy materiał metaliczny. Podczas kształtowania pierścieniowego podłoża przewodzącego 50, pierwszy kolisty występ czołowy 52 jest formowany tak, aby posiadał nieprzerwany przekrój trapezowy dookoła obwodu, w ten sposób, że osiowo dalszy koniec 58 występu czołowego 52 jest szerszy niż koniec przy podstawie 60 występu czołowego 52.

Tak, jak pokazano na fig. 7, następnie na podłożu przewodzącym 50 formowana jest pierścieniowa tarcza węglowa 62, poprzez naprasowanie mieszanki węglowej na powierzchnię czołową 54 podłoża przewodzącego 50 oraz wokół pierwszego występu czołowego 52. Mieszanka węglowa może być formowana na powierzchni czołowej 54 podłoża przewodzącego 50 w każdy odpowiedni sposób znany w stanie techniki, taki jak formowanie wtryskowe lub prasowanie tłoczne. Tarcza węglowa 62 może być także wytłaczana do odpowiedniego rozmiaru przed stwardnieniem lub może być poddawana po stwardnieniu obróbce skrawaniem do uzyskania odpowiednich rozmiarów. W każdym przypadku, mieszanka węglowa pozostawiona do stwardnienia po uformowaniu, tworzy mechaniczne sczepienie z podłożem przewodzącym 50.

Tarcza węglowa 62 może być zbudowana ze „standardowego” preparatu węglowego, takiego jak Ringsdorf EK 23, który cechuje swoisty opór elektryczny o wartości z zakresu 300-450 μΩ i jest dostępny komercyjnie z SGL Carbon GmbH, Bonn, Niemcy. Alternatywnie, tarcza 62 może być zbudowana z węgla z klasy elektrografitów, posiadającego lepsze właściwości elektryczne. W każdym przypadku, właściwe dopasowanie do siebie materiału szczotki do materiału komutatora poprawia wydajność pracy.

Podczas formowania podłoża przewodzącego 50, formowany jest również pierwszy kolisty występ tylny 64, rozciągający się nierozdzielnie i osiowo od tylnej powierzchni 68 podłoża przewodzącego 50, osiowo przeciwnie do powierzchni czołowej 54 podłoża przewodzącego 50. Pierwszy kolisty występ tylny 64 jest formowany tak, aby był zasadniczo identyczny z pierwszym kolistym występem przednim 52 i dlatego posiada nieprzerwany przekrój trapezowy o takim kształcie, że dalszy koniec 70 jest szerszy niż koniec przy podstawie 72 występu 64.

Następnie, poprzez prasowanie tłoczne materiału izolacyjnego, takiego jak żywica fenolowa, na tylnej powierzchni 68 metalicznego podłoża przewodzącego 50 oraz wokół pierwszego kolistego występu tylnego 64, formowana jest piasta 12. Materiał izolacyjny jest pozostawiany do stwardnienia, aby w ten sposób sczepił się mechanicznie z metalicznym podłożem przewodzącym 50. W innym wariancie realizacji wynalazku piasta 12 może być formowana z jakiegokolwiek innego wysokowytrzymałego, formo walnego tworzywa sztucznego.

Następnie formowane są promieniowe nacięcia, oznaczone jako 74 na fig. 1-3, zarówno w pierścieniowej tarczy węglowej, jak i w metalicznym podłożu przewodzącym 50. Promieniowe nacięcia 74 tworzą elektrycznie izolowane, rozłożone obwodowo w odstępach segmenty 22 komutatora oraz odpowiadające im mechanicznie sczepione elementy przewodzące 16.

Formowanie podłoża przewodzącego 50 może także obejmować formowanie drugiego kolistego występu czołowego oraz drugiego kolistego występu tylnego, jak to pokazane jest w segmentowym kształcie na fig. 4 i 5. Drugi kolisty występ czołowy jest tworzony tak, aby był koncentryczny z pierwszym kolistym występem czołowym 52, mieszanka węglowa jest naprasowana tłocznie wokół obydwóch, pierwszego i drugiego kolistego występu czołowego. Drugi kolisty występ tylny jest zasadniczo identyczny z drugim kolistym występem czołowym i rozciąga się nierozdzielnie i osiowo od tylnej powierzchni podłoża przewodzącego 50 wraz z pierwszym kolistym występem tylnym 64. Tak samo jak

PL 198 611 B1 pierwszy kolisty występ tylny 64, drugi kolisty występ tylny posiada nieprzerwany przekrój trapezowy, o takim kształcie, że powierzchnia przekroju przy dalszym końcu jest większa niż powierzchnia przekroju końca przy podstawie. Powierzchnia izolująca piasty 12 jest prasowana tłocznie wokół obydwu, pierwszego i drugiego kolistego występu tylnego oraz na tylnej powierzchni 68 metalicznego podłoża przewodzącego.

Płaski komutator węglowy według wynalazku zapewnia pewne mechaniczne sczepienie segmentów węglowych 22 elementów przewodzących 16 z piastą 12, połączenie elektryczne o wysokim przewodnictwie pomiędzy segmentami węglowymi 22 a elementami przewodzącymi 16 oraz zapewnia solidną, łatwą do wytwarzania konstrukcję.

Claims (19)

1. Zespół płaskiego, segmentowego komutatora węglowego (10) zawierający pierścieniową piastę (12) zbudowaną z materiału izolującego elektrycznie, szereg metalicznych elementów przewodzących (16) zamocowanych w układzie pierścieniowym, rozmieszczonych obwodowo w odstępach na piaście (12), przy czym każdy z elementów przewodzących (16) zawiera pierwszy występ czołowy (18) stanowiący integralną część każdego z elementów przewodzących (16) i wystający z powierzchni czołowej każdego z elementów przewodzących (16), szereg węglowych segmentów (22) komutatora umieszczonych na odpowiadających im elementach przewodzących (16), tworzących płaską, złożoną, pierścieniową, czołową powierzchnię komutacyjną, przy czym pierwsze występy czołowe (18) są rozmieszczone w odpowiadających im zagłębieniach (24) w segmentach (22) komutatora, przy czym pierwszy występ czołowy (18) każdego elementu przewodzącego (16) posiada pierwszy przekrój równoległy do tylnej powierzchni (26) odpowiadającego mu segmentu (22) komutatora i sąsiadujący z tą powierzchnią (26) oraz drugi przekrój równoległy do pierwszego przekroju i przesunięty osiowo do przodu względem tego pierwszego przekroju, znamienny tym, że drugi przekrój ma większą powierzchnię od pierwszego przekroju, zabezpieczając przed wysuwaniem się pierwszego występu czołowego (18) każdego z elementów przewodzących (16) z odpowiadającego temu występowi (18) segmentu (22) komutatora i przed mechanicznym zablokowaniem segmentów (22) komutatora w odpowiadających im zamocowanych elementach przewodzących (16).

2. Zespół komutatora według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że pierwszy występ czołowy (18) każdego z elementów przewodzących (16) posiada przekrój trapezowy i jest umieszczony w odpowiadającym mu kształtem zagłębieniu (24) w odpowiadającym mu węglowym segmencie (22) komutatora.

3. Zespół komutatora według zastrzeżenia 2, znamienny tym, że piasta (12) zawiera centralną oś obrotową (28) piasty (12), a pierwsze występy czołowe (18) elementów przewodzących (16) tworzą razem pierścień segmentowy złożony z pierwszych występów czołowych, rozmieszczonych współosiowo względem osi (28) piasty (12), przy czym przekroje trapezowe pierwszych występów czołowych (18) są zorientowane pionowo i promieniowo względem osi (28) piasty (12).

4. Zespół komutatora według zastrzeżenia 3, znamienny tym, że pierwszy występ czołowy (18) każdego elementu przewodzącego (16) wykazuje nieciągłość powierzchni, a każdy węglowy segment (22) komutatora posiada odpowiadającą jej nieciągłość, komplementarną i sprzęgającą się z nieciągłością powierzchni odpowiadającego mu pierwszego występu czołowego (18).

5. Zespół komutatora według zastrzeżenia 4, znamienny tym, że nieciągłości powierzchni obejmują rowki (30) uformowane w powierzchni czołowej (20) każdego z pierwszych występów czołowych (18) i są zorientowane promieniowo względem osi (28) piasty (12).

6. Zespół komutatora według zastrzeżenia 3, znamienny tym, że z powierzchni czołowej każdego elementu przewodzącego (16) wystaje drugi występ czołowy (40), który sprzęga się z komplementarnym do niego zagłębieniem w odpowiadającym mu węglowym segmencie (22) komutatora, przy czym drugie występy czołowe (40) elementów przewodzących (16) tworzą razem pierścień segmentowy złożony z drugich występów czołowych rozmieszczonych koncentrycznie względem pierścienia pierwszych występów czołowych.

7. Zespół komutatora według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że każdy element przewodzący (16) zawiera integralnie z nim połączony pierwszy występ tylny (34), wystający z tylnej powierzchni (38) każdego elementu przewodzącego (16) i umieszczony w zagłębieniu (37) w piaście (12).

8. Zespół komutatora według zastrzeżenia 7, znamienny tym, że pierwszy występ tylny (34) każdego elementu przewodzącego (16) posiada pierwszy przekrój równoległy do powierzchni czoło8

PL 198 611 B1 wej odpowiadającego mu segmentu (22) komutatora i sąsiadujący z tą powierzchnią oraz drugi przekrój równoległy do pierwszego przekroju i przesunięty osiowo do tyłu tego pierwszego przekroju, przy czym drugi przekrój ma większą powierzchnię od pierwszego przekroju.

9. Zespół komutatora według zastrzeżenia 8, znamienny tym, że pierwszy występ tylny (34) każdego elementu przewodzącego (16) posiada przekrój trapezowy i jest umieszczony w odpowiadającym mu kształtem zagłębieniu w piaście (12).

10. Zespół komutatora według zastrzeżenia 9, znamienny tym, że pierwsze występy tylne (34) elementów przewodzących (16) tworzą razem pierścień segmentowy złożony z pierwszych występów tylnych rozmieszczonych współosiowo względem osi (28) piasty (12), przy czym przekroje trapezowe pierwszych występów tylnych (34) są zorientowane pionowo i promieniowo względem osi (28) piasty (12).

11. Zespół komutatora według zastrzeżenia 10, znamienny tym, że pierwszy występ tylny (34) każdego elementu przewodzącego (16) wykazuje nieciągłość powierzchni, a piasta (12) posiada odpowiadającą jej nieciągłość, komplementarną i sprzęgającą się z nieciągłością powierzchni odpowiadającego występu (34) elementu przewodzącego (16).

12. Zespół komutatora według zastrzeżenia 11, znamienny tym, że nieciągłości powierzchni obejmują rowki (36) uformowane w powierzchni tylnej (38) każdego z pierwszych występów tylnych (34) i są zorientowane promieniowo względem osi (28) piasty (12).

13. Zespół komutatora według zastrzeżenia 10, znamienny tym, że z powierzchni tylnej (38) każdego elementu przewodzącego (16) wystaje drugi występ tylny (44), który sprzęga się z komplementarnym do niego zagłębieniem w piaście (12), przy czym drugie występy tylne (44) elementów przewodzących (16) tworzą razem pierścień segmentowy złożony z drugich występów tylnych rozmieszczonych koncentrycznie względem pierścienia pierwszych występów tylnych.

14. Sposób wytwarzania płaskiego, segmentowego komutatora węglowego (10) zawierającego wiele metalicznych elementów przewodzących (16) rozmieszczonych obwodowo w odstępach w układzie pierścieniowym na piaście (12) zawierającej materiał izolujący elektrycznie, gdzie z powierzchni czołowej każdego elementu przewodzącego (16) wystaje pierwszy występ czołowy (18) wbudowany w jeden z wielu węglowych segmentów komutatora (22), a segmenty komutatora (22) tworzą płaską, złożoną, pierścieniową, czołową powierzchnię komutacyjną, przy czym w sposobie wytwarzania najpierw formuje się pierścieniowe podłoże przewodzące, następnie na podłożu przewodzącym formuje się pierścieniową tarczę węglową, wprowadza się pierścieniową piastę (12) zawierającą materiał izolacyjny i formuje się elektrycznie izolowane, rozłożone obwodowo w odstępach segmenty komutatora (22) oraz odpowiadające im elementy przewodzące (16) przez wykonanie promieniowych nacięć w pierścieniowej tarczy węglowej oraz w podłożu metalicznym, znamienny tym, że podczas formowania pierścieniowego podłoża przewodzącego tworzy się pierwsze pierścieniowe występy czołowe (18) wystające promieniowo z powierzchni czołowej pierścienia podłoża oraz pierwsze kołowe występy tylne (34) wystające promieniowo z tylnej powierzchni pierścienia podłoża przez odlewanie lub prasowanie materiału metalicznego, włącznie z utworzeniem czołowych (18) i tylnych (34) występów, których wolne końce mają większą powierzchnię przekroju poprzecznego niż końce występów bezpośrednio przechodzące w podłoże, w etapie formowania pierścieniowej tarczy węglowej na powierzchnię czołową podłoża przewodzącego oraz wokół pierwszych występów czołowych (18) naprasowuje się mieszankę węglową i pozostawia mieszankę do stwardnienia i mechanicznego zaczepienia tarczy węglowej na podłożu, a w etapie wprowadzenia pierścieniowej piasty (12) na powierzchnię tylną podłoża i wokół pierwszych występów tylnych (34) naprasowuje się materiał izolacyjny do mechanicznego zaczepienia piasty (12) na podłożu.

15. Sposób według zastrzeżenia 14, znamienny tym, że w etapie formowania pierścieniowego podłoża przewodzącego na pierwszy materiał metaliczny nanosi się powłokę zawierającą materiał metaliczny o większym przewodnictwie niż pierwszy materiał metaliczny.

16. Sposób według zastrzeżenia 14, znamienny tym, że w etapie formowania pierścieniowej tarczy węglowej na podłożu przewodzącym naprasowuje się węgiel na powierzchnię czołową podłoża przewodzącego i wokół pierwszych pierścieniowych występów czołowych (18).

17. Sposób według zastrzeżenia 14, znamienny tym, że w etapie formowania podłoża przewodzącego formuje się drugie pierścieniowe występy czołowe (40), rozmieszczone koncentrycznie względem pierwszych pierścieniowych występów czołowych (18), zaś w etapie formowania pierścieniowej tarczy węglowej na podłożu przewodzącym naprasowuje się węgiel wokół drugich pierścieniowych występów czołowych (40).

PL 198 611 B1

18. Sposób według zastrzeżenia 14, znamienny tym, że w etapie formowania podłoża przewodzącego formuje się drugie kołowe występy tylne (44), wystające promieniowo z tylnej powierzchni podłoża i rozmieszczone koncentrycznie względem pierwszych kołowych występów tylnych (40).

19. Sposób według zastrzeżenia 18, znamienny tym, że w etapie formowania drugich występów tylnych (44) formuje się drugie występy tylne (44) o wolnych końcach posiadających powierzchnię przekroju poprzecznego większą niż końce pierwszych występów czołowych (18) bezpośrednio przechodzące w podłoże, zaś w etapach wprowadzenia pierścieniowej piasty (12) i połączenia podłoża przewodzącego z piastą (12) materiał izolacyjny naprasowuje się na tylną powierzchnię podłoża metalowego oraz wokół drugich kołowych występów tylnych (44).