PL204977B1 - Komutator bębnowy dla maszyny elektrycznej oraz sposób jego wytwarzania - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest komutator bębnowy dla maszyny elektrycznej, zawierający wykonany z tłoczywa izolacyjnego, tulejowy korpus nośny, pewną liczbę metalowych segmentów przewodzących i taką samą liczbę segmentów węglowych, połączonych przewodząco z segmentami przewodzącymi. Ponadto wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania takiego bębna komutatorowego.

Do określonych zastosowań, zwłaszcza w zależności od przenoszonych natężeń prądu w połączeniu z parametrami montażowymi, w maszynach elektrycznych stosuje się komutatory bębnowe, zwane również komutatorami cylindrycznymi, w których powierzchnia ślizgowa dla szczotek znajduje się na kołowym cylindrze, współosiowym z osią komutatora. Poza komutatorami bębnowymi z metalową powierzchnią ślizgową dla szczotek znane są różne warianty konstrukcyjne komutatorów bębnowych, w których powierzchnia ślizgowa dla szczotek znajduje się na segmentach węglowych. W pierwszej znanej konstrukcji segmenty węglowe są przy tym ukształtowane wokół segmentów przewodzących. Taki komutator bębnowy oraz sposób nadający się do jego wytwarzania znane są przykładowo z europejskiego opisu patentowego nr EP 0529911 B1. Również w międzynarodowym opisie patentowym nr WO 99/57797 A1 przedstawiony jest odpowiedni komutator bębnowy i sposób przeznaczony do jego wytwarzania, który charakteryzuje się zwłaszcza tym, że segmenty węglowe są ukształtowane wokół segmentów przewodzących. To samo dotyczy opisów patentowych nr DE 4241407 A1 i US 5789342 A.

W innej konstrukcji komutatora bębnowego wykonuje się najpierw, niezależ nie od segmentów przewodzących, zawierającą późniejsze segmenty węglowe tuleję węglową, i dopiero później łączy się ją z segmentami przewodzącymi. Komutator bębnowy o tej konstrukcji i sposób jego wytwarzania są przedstawione w niemieckim opisie patentowym nr DE 3150505 A1. Tuleję węglową łączy się czołowo za pomocą lutowania, w sposób przewodzący prąd elektryczny, z pierścieniowym półwyrobem przewodzącym. Następnie w tak utworzoną całość wtryskuje się od wewnątrz tulejowy korpus nośny z tł oczywa izolacyjnego. Na zakoń czenie tuleję wę glową i pół wyrób przewodzą cy dzieli się osiowymi cięciami na poszczególne segmenty.

Nie wiadomo, czy komutatory bębnowe znane z DE 3150505 były kiedykolwiek stosowane z powodzeniem. Komutator bę bnowy znany z tego dokumentu, mimo przekonują cej na pierwszy rzut oka konstrukcji, nie nadaje się oczywiście do zastosowania w praktyce.

Podobnie nie sprawdziły się w praktyce komutatory bębnowe z węglową powierzchnią ślizgową, w których segmenty wę glowe, jak wspomniano wyż ej w zwią zku z EP 0529911 B1 i porównywalnymi publikacjami, są formowane na segmentach przewodzących, a następnie spiekane. W takich komutatorach bębnowych stwierdza się zawsze zły styk pomiędzy segmentami węglowymi i przyporządkowanymi im segmentami przewodzącymi. W związku z tym należy wziąć pod uwagę, że komutatory bębnowe omawianego rodzaju pracują w ekstremalnych warunkach. Z tej przyczyny wymaga się, aby wytrzymywały one we wszystkich, wchodzących w grę, warunkach pracy (zwłaszcza przy różnorodnych paliwach) kilka setek cykli w temperaturach roboczych od -40 do +110°C, nie ulegając awarii. Przy odpowiednio ostrych testach znane komutatory bębnowe o opisanej powyżej konstrukcji wykazują zawsze niedopuszczalne wysokie rezystancje, co wskazuje na zły styk pomiędzy segmentami węglowymi i segmentami przewodzącymi, lub całkowicie zawodzą. Przyczyną tego może być fakt, że druty uzwojenia wirnika, dołączone do komutatora, są z reguły zgrzane z segmentami przewodzącymi. Powstające wskutek tego, bardzo wysokie temperatury powodują krótkotrwałe znaczące rozszerzenie danego segmentu przewodzącego, który następnie ponownie się kurczy. Prowadzi to nie tylko do pogorszenia mechanicznego połączenia między segmentami węglowymi i przyporządkowanymi im segmentami przewodzącymi; cierpi na tym odpowiednio także elektryczne połączenie między tymi częściami, czego efektem jest wzrost rezystancji. Jest to szczególnie niekorzystne, ponieważ masa węglowa, którą stosuje się do wytwarzania segmentów węglowych poprzez otoczenie nią segmentów przewodzących, zawiera stosunkowo dużo środka wiążącego (do 30%), co zmniejsza jej przewodność.

Celem wynalazku jest zaproponowanie nadającego się do zastosowania w praktyce komutatora bębnowego z węglową powierzchnią ślizgową oraz sposobu jej wytwarzania. Komutator bębnowy powinien przy tym, zwłaszcza przy niewielkich wymiarach, wykazywać dużą wytrzymałość i długi czas życia, a także spełniać ostre wymagania w zakresie możliwych temperatur pracy bez zwiększania rezystancji, przy czym druty uzwojenia wirnika powinny być zgrzewalne z segmentami przewodzącymi bez obawy uszkodzenia.

PL 204 977 B1

Zadanie to rozwiązano za pomocą komutatora bębnowego dla maszyny elektrycznej charakteryzuje się tym, że posiada usytuowaną w sąsiedztwie wyprowadzeń, pierścieniową, zamkniętą, w zasadzie kołowo-cylindryczną powierzchnię z naprzemiennymi strefami tłoczywa i strefami metalu oraz metalizowaną wewnętrzną, połączoną z korpusem nośnym powierzchnię segmentów węglowych.

Korzystnie komutator bębnowy charakteryzuje się tym, że segmenty przewodzące są w kierunku obwodowym osadzone całkowicie w tłoczywie, w związku z czym w izolujących od siebie segmenty węglowe, tworzących szczeliny powietrzne cięciach nie występuje odsłonięty metal segmentów przewodzących.

Korzystnie segmenty węglowe i segmenty przewodzące mają rozciągające się promieniowo do wewnątrz odcinki kotwiące, osadzone w korpusie nośnym z utworzeniem podcięć.

Korzystnie segmenty węglowe i segmenty przewodzące są połączone ze sobą w taki sposób, że przewodzą prąd elektryczny jedynie w obszarze ustawionych naprzeciw siebie odcinków kotwiących.

Korzystnie poszczególne segmenty przewodzące mają grubościenny obszar przyłączeniowy z wyprowadzeniem, stykają cy się z przyporządkowanym mu segmentem węglowym, grubościenny obszar stykowy oraz umieszczony pomiędzy obszarem przyłączeniowym i obszarem stykowym, cienkościenny obszar przejściowy.

Korzystnie obszary przejściowe są ustawione w zasadzie promieniowo względem osi komutatora.

Korzystnie obszary przejściowe są ustawione ukośnie względem osi komutatora.

Korzystnie pomiędzy obszarami przyłączeniowymi segmentów przewodzących z jednej strony i segmentów węglowych z drugiej strony znajdują się żebra z tłoczywa.

Korzystnie wyprowadzenia są na końcu zukosowane, przy czym zukosowania są zwrócone ku zewnętrznym powierzchniom obwodowym segmentów przewodzących.

Korzystnie zwrócone ku sobie w obszarze stref stykowych, czołowe powierzchnie segmentów przewodzących i segmentów węglowych są płaskie.

Korzystnie odwrotne względem segmentów przewodzących, czołowe powierzchnie segmentów węglowych są w promieniowo wewnętrznym obszarze osłonięte kołnierzem korpusu nośnego.

Korzystnie kołnierz korpusu nośnego wystaje w kierunku osiowym poza czołową powierzchnię segmentów węglowych.

Zgodny z wynalazkiem sposób wytwarzania komutatora bębnowego, zawierającego wykonany z tł oczywa izolacyjnego, tulejowy korpus noś ny, pewną liczbę metalowych segmentów przewodzą cych i taką samą liczbę segmentów wę glowych, połączonych przewodzą co z segmentami przewodzą cymi, zawierający następujące etapy, w których:

a) wytwarza się metalowy półwyrobu przewodzący, zawierający pewną liczbę segmentów przewodzących, z których każde dwa, sąsiadujące ze sobą są połączone elementem mostkowym;

b) wytwarza się tuleję węglową o, w zasadzie kołowo-cylindrycznej, zewnętrznej powierzchni, przy czym co najmniej osiową powierzchnię czołową tulei węglowej metalizuje się;

c) łączy się półwyrobu przewodzący z tuleją węglową w kierunku osiowym i jednocześnie wytwarza się przewodzące prąd elektryczny stref stykowe pomiędzy segmentami przewodzącymi i metalizowaną powierzchnią czołową tulei węglowej;

d) natryskuje się wykonany z tłoczywa izolacyjnego korpus nośny na złożony z półwyrobu przewodzącego i tulei węglowej element kompozytowy w formie wtryskowej;

e) usuwa się elementy mostkowe;

f) tworzy się segmenty węglowe poprzez nacięcie tulei węglowej osiowymi, sięgającymi w kierunku promieniowym do korpusu nośnego cięciami, które przebiegają w płaszczyznach osiowych usytuowanych pomiędzy każdymi dwoma segmentami przewodzącymi;

charakteryzuje się tym, że w etapie a) odstę p promieniowych wewnę trznych powierzchni elementów mostkowych od osi komutatora odpowiada w zasadzie odstępowi promieniowych zewnętrznych powierzchni segmentów przewodzących od osi komutatora;

następnie w etapie b) promieniową powierzchnię wewnętrzna tulei węglowej metalizuje się; w etapie d) metalizowaną promieniową wewnętrzną powierzchnię tulei węglowej pokrywa się tłoczywem;

w etapie e) tworzy się pierścieniową, zamkniętą, w zasadzie kołowo-cylindryczną powierzchnię z naprzemiennymi strefami t ł oczywa i strefami metalu;

w etapie f) co najmniej częściowo zachowuje się pierścieniową, zamkniętą, w zasadzie kołowo-cylindryczną powierzchnię z naprzemiennymi strefami tłoczywa i strefami metalu.

PL 204 977 B1

Korzystnie całą powierzchnię tulei węglowej metalizuje się, przy czym po połączeniu półwyrobu przewodzącego z tuleją węglową, zwłaszcza po natrysku korpusu nośnego obrabia się co najmniej promieniową zewnętrzną powierzchnię tulei węglowej w celu usunięcia metalizowanej powierzchni.

Korzystnie tuleję węglową po jej połączeniu z półwyrobem przewodzącym, zwłaszcza przed natryskiem korpusu nośnego, obrabia się w zewnętrznym pierścieniowym obszarze obu czołowych powierzchni w celu usunięcia metalizowanej powierzchni.

Korzystnie, po połączeniu półwyrobu przewodzącego z tuleją węglową, zwłaszcza przed natryskiem korpusu nośnego, w tulei węglowej, w sąsiedztwie półwyrobu przewodzącego, wykonuje się otwarty na zewnątrz, pierścieniowy rowek.

Korzystnie umieszcza się półwyrób przewodzący i tuleję węglową w formie wtryskowej tak, że obie połowy formy wtryskowej, użytej do wtrysku korpusu nośnego, przylegają szczelnie do siebie na dwóch przeciwległych, zamkniętych pierścieniowo powierzchniach uszczelniających, z których jedna jest usytuowana na wolnej czołowej powierzchni półwyrobu przewodzącego, druga zaś na wolnej czołowej powierzchni tulei węglowej.

Pierwsza istotna zaleta niniejszego wynalazku polega na tym, że tuleja węglowa, z której w póź niejszym etapie sposobu powstają wskutek cięć poszczególne segmenty węglowe, przy jej łączeniu z półwyrobem przewodzącym metalizuje się co najmniej w obszarze promieniowej powierzchni wewnętrznej i osiowej powierzchni czołowej, przy czym metalizowaną promieniową wewnętrzną powierzchnię tulei węglowej przy natryskiwaniu korpusu nośnego na element kompozytowy, złożony z pół wyrobu przewodzą cego i tulei wę glowej, pokrywa się tł oczywem. Metalizacja co najmniej jednej osiowej powierzchni czołowej powinna przy tym zapewniać - w znany sposób (porównaj DE 3150505 A1) - że przewodzące prąd elektryczny połączenie między segmentami węglowymi i segmentami przewodzącymi można uzyskać poprzez lutowanie lub inne znane techniki spajania. Do wytwarzania tulei węglowej o metalizowanej powierzchni czołowej nadaje się poza tymi znanymi metodami również tak zwane „prasowanie dwumateriałowe”, w którym wytwarza się tuleję węglową z metalizowaną od początku powierzchnią czołową. Proszek węglowy i czołową warstwę proszku metalu (na przykład Ag, Ms, Cu) prasuje się przy tym wspólnie w jednej formie, a następnie spieka. W zależności od wymiarów komutatora grubość warstwy metalu może wynosić na przykład od 1 do 2 mm. Wariant ten nadaje się zwłaszcza dla komutatorów bębnowych pracujących na sucho; dzięki rezygnacji z późniejszego metalizowania charakteryzuje się on niższymi kosztami. Metalizacja przylegającej później do korpusu nośnego, promieniowej wewnętrznej powierzchni tulei węglowej jest natomiast korzystna z całkowicie odmiennej przyczyny, i to podwójnie. Po pierwsze, zwłaszcza w przypadku komutatorów bębnowych o wyciągniętej konstrukcji, to znaczy mających stosunkowo dużą długość osiową w porównaniu do średnicy, można w ten sposób znacząco zredukować opór omowy, występujący w segmentach węglowych. Przepływ prądu pomiędzy strefami styku segmentów węglowych i przylegającymi do powierzchni ślizgowych szczotkami następuje w tym przypadku w przeważającej części w obszarze metalizowanej wewnętrznej powierzchni segmentów węglowych, to znaczy w stykających się z korpusem nośnym, promieniowo wewnętrznych obszarach segmentów węglowych. Po drugie metalizacja promieniowej wewnętrznej powierzchni tulei węglowej powoduje zwiększoną wytrzymałość w tym obszarze. W szczególności tuleja węglowa dzięki metalizowanej powierzchni wewnętrznej jest tam lepiej chroniona przed uszkodzeniami. Wynikająca stąd podwyższona wytrzymałość tulei węglowej i wytwarzanych z niej później segmentów węglowych pozwala na wytwarzanie tulei węglowej z użyciem stosunkowo małej ilości środka wiążącego (około 2-5%), co z kolei oddziałuje wyjątkowo korzystnie na przewodność segmentów węglowych. Metalizacja według wynalazku, przeprowadzona na przylegającej do korpusu nośnego, promieniowej wewnętrznej powierzchni tulei węglowej, pozwala zatem zarówno bezpośrednio, jak też pośrednio, drastycznie obniżyć omowy opór komutatora w stosunku do znanych konstrukcji.

Gotowy komutator bębnowy ma w sąsiedztwie wyprowadzeń segmentów przewodzących pierścieniową, zamkniętą, w zasadzie kołowo-cylindryczną powierzchnię, utworzoną z naprzemiennego ciągu stref tłoczywa, przyporządkowanych korpusowi nośnemu, i stref metalu, przyporządkowanych segmentom przewodzącym. Inaczej, niż ma to miejsce w przypadku komutatora bębnowego znanego z DE 3150505 A1, w komutatorze bębnowym według wynalazku w obszarze sąsiadującym z wyprowadzeniami nie ma osiowych nacięć, osiowych rowków lub innych zagłębień, które w tym stanie techniki są nieodzowne do podziału półwyrobu przewodzącego na poszczególne segmenty przewodzące. Brak odpowiednich zagłębień powoduje, że usytuowany w sąsiedztwie wyprowadzeń obszar przyłączeniowy komutatora można niezawodnie odgraniczyć od obszaru komutacji za pomocą skutecznej bariery lakierowej. W ten sposób można zapobiec temu, aby lakier, którym powleka się później dołączone

PL 204 977 B1 do komutatora uzwojenie wirnika odpowiedniej maszyny elektrycznej w celu jego zabezpieczenia, nie wędrował do obszaru komutacji, pogarszając tam działanie komutatora. Dotyczy to odpowiednio wirników z zamkniętym uzwojeniem, w których uzwojenie łącznie z przyłączami do komutatora jest natryskiwane tworzywem sztucznym. Przy wytwarzaniu takich wirników forma wtryskowa, która, stosuje się do wtrysku kołpaków, szczelnie przylega do pierścieniowej, zamkniętej, w zasadzie kołowo-cylindrycznej powierzchni, co skutecznie zapobiega wnikaniu tworzywa sztucznego do obszaru komutacji. W rezultacie powstaje nadający się do praktycznego zastosowania, spełniający istniejące wymagania komutator bębnowy z węglową powierzchnią ślizgową.

Ze względu na wytwarzanie komutatora bębnowego według wynalazku należy zatem szczególnie podkreślić zarówno obróbkę tulei węglowej, jak też kształt półwyrobu przewodzącego. W półwyrobie przewodzącym każde dwa, sąsiadujące ze sobą segmenty przewodzące są połączone ze sobą za pomocą elementów mostkowych, przy czym odstęp promieniowych wewnętrznych powierzchni elementów mostkowych od osi komutatora odpowiada w przybliżeniu odstępowi promieniowych zewnętrznych powierzchni segmentów przewodzących od osi komutatora. Elementy mostkowe, które w półwyrobie przewodzącym łączą ze sobą segmenty przewodzące, są zatem, innymi słowy, przesunię te promieniowo na zewnątrz względem segmentów przewodzących. Dzięki temu, że promieniowe wewnętrzne powierzchnie elementów mostkowych są w przybliżeniu umieszczone na tym samym promieniu względem osi komutatora, co promieniowe zewnętrzne powierzchnie segmentów przewodzących, promieniowy wymiar tłoczywowych żeber korpusu nośnego, utworzonych pomiędzy dwoma sąsiednimi segmentami przewodzącymi, odpowiada w przybliżeniu promieniowemu wymiarowi segmentów przewodzących. To z kolei pozwala na wykonanie usytuowanej w sąsiedztwie wyprowadzeń, pierścieniowej, zamkniętej, w przybliżeniu kołowo-cylindrycznej powierzchni o naprzemiennych strefach tłoczywa i strefach metalu, poprzez zwykłe usunięcie elementów mostkowych po natrysku korpusu nośnego na element kompozytowy, składający się z półwyrobu przewodzącego i pierścieniowej tulei węglowej. Elementy mostkowe można przy tym usunąć poprzez ich stoczenie i/lub odbicie względnie odcięcie w kierunku osiowym. Związane z tym nakłady są niewielkie, zaś ubytek materiału jest ograniczony do minimum. Nacięcia, służące do podziału tulei węglowej na poszczególne segmenty węglowe, wychodzą w pobliżu zwróconej ku segmentom przewodzącym, czołowej powierzchni tulei węglowej, w związku z czym (początkowo szersza) pierścieniowa, zamknięta, w zasadzie kołowo-cylindryczna powierzchnia z naprzemiennymi strefami tłoczywa i metalu pozostaje w dużej mierze, co najmniej jednak częściowo, zachowana.

Obróbka tulei węglowej w drodze metalizacji promieniowej powierzchni wewnętrznej została powyżej szczegółowo omówiona. Grubość metalizacji zależy w szczególności od wymiarów komutatora. Ogólnie jednak można powiedzieć, że metalizację ze względu na jej omówioną powyżej, podwójną funkcję, wykonuje się stosunkowo grubo. Zależnie od wymiarów komutatora głębokości wnikania metalizacji w powierzchnię tulei węglowej wynoszą korzystnie od 10 do 200 μm.

Szczególnie korzystna postać wykonania sposobu według wynalazku charakteryzuje się tym, że tuleję węglową przed jej połączeniem z półwyrobem przewodzącym metalizuje się na całej jej powierzchni, to znaczy na obu osiowych powierzchniach czołowych, promieniowej powierzchni wewnętrznej, a także na promieniowej powierzchni zewnętrznej, zwłaszcza w drodze galwanizowania. W ten sposób tuleja węglowa jest skutecznie zabezpieczona przed uszkodzeniem podczas dalszych etapów sposobu. W późniejszym etapie sposobu metalizowaną powierzchnię usuwa się, na przykład za pomocą staczania, w obszarze promieniowej powierzchni zewnętrznej, tworzącej późniejszą powierzchnię ślizgową dla szczotek. Również w obszarze obu czołowych powierzchni tulei węglowej metalizowaną powierzchnię usuwa się korzystnie w promieniowo zewnętrznym obszarze pierścieniowym. W tym przypadku metalizacja pozostaje jedynie w obszarze tych powierzchni tulei węglowej względnie wykonanych z niej później segmentów węglowych, które są połączone albo z tłoczywem korpusu nośnego, albo - za pomocą połączenia przewodzącego prąd elektryczny - z segmentami przewodzącymi.

W tym miejscu należy wskazać na to, że komutator bębnowy według wynalazku ma wprawdzie w sąsiedztwie wyprowadzeń opisaną powyżej pierścieniową, zamkniętą, w zasadzie kołowo-cylindryczną powierzchnię, nie występuje ona jednak w obszarze komutacji. Przeciwnie, segmenty węglowe są w obszarze powierzchni ślizgowej dla szczotek odizolowane od siebie szczelinami powietrznymi, które powstały w wyniku cięć dzielących tuleję węglową na poszczególne segmenty węglowe. Te szczeliny powietrzne są korzystnie ograniczone tylko przez tłoczywo korpusu nośnego z jednej strony i nacięte powierzchnie segmentów węglowych z drugiej strony. Innymi słowy, cięcia, które dzielą tuleję węglową na poszczególne segmenty węglowe, przebiegają wyłącznie w węglu i tłoczywie, nie przechodzą

PL 204 977 B1 natomiast przez metal półwyrobu przewodzącego względnie segmentów przewodzących. W tym przypadku w szczelinach powietrznych nie ma wolnego metalu. Segmenty przewodzące są bowiem w kierunku obwodowym osadzone całkowicie w tł oczywie. Strefy tł oczywa, zawarte w opisanej powyżej, pierścieniowej, zamkniętej powierzchni, są zatem w dalszej postaci wykonania wynalazku szersze w kierunku obwodowym niż szczeliny powietrzne.

Półwyrób przewodzący, zastosowany do wyrobu komutatora według wynalazku, zawiera, jak przedstawiono powyżej, pewną liczbę segmentów przewodzących, z których każde dwa, sąsiadujące ze sobą, są połączone elementem mostkowym. Elementy mostkowe są na krawędziach połączone z segmentami przewodzącymi. Służą one zachowaniu kształtu półwyrobu przewodzącego podczas realizacji sposobu wytwarzania komutatora bębnowego, ponieważ utrzymują wzajemne rozmieszczenie i ustawienie segmentów przewodzących względem siebie aż do wtrysku korpusu nośnego. Jeśli elementy mostkowe rozciągają się na całej osiowej długości segmentów przewodzących, to taki dobór usytuowania i wymiarów elementów mostkowych powoduje, że na obu czołowych powierzchniach rurowego półwyrobu przewodzącego powstają pierścieniowo zamknięte powierzchnie, które leżą korzystnie w płaszczyznach prostopadłych do osi. Do jednej z tych zamkniętych pierścieniowo powierzchni może przylegać szczelnie odpowiednią powierzchnią czołową tuleja węglowa. Druga pierścieniowo zamknięta powierzchnia półwyrobu przewodzącego nadaje się znakomicie na powierzchnię uszczelniającą dla przyporządkowanej jej połowy formy wtryskowej, którą stosuje się przy wtrysku korpusu nośnego z tłoczywa. Zamknięty wzdłuż obwodu przez segmenty przewodzące i elementy mostkowe, rurowy półwyrób przewodzący zamyka wobec tego we współpracy z tuleją węglową i obiema połowami formy wtryskowej przestrzeń, przeznaczoną do wypełnienia tłoczywem.

Rurowy kształt półwyrobu przewodzącego zapewnia poza tym to, że obie połowy formy wtryskowej w obszarze ich powierzchni uszczelniających są ustawione dokładnie naprzeciw półwyrobu przewodzącego względnie tulei węglowej. Jest to szczególnie korzystne z uwagi na duże siły zamykające. Siły te są bowiem przejmowane przez półwyrób przewodzący i tuleję węglową bez występowania niedopuszczalnie wysokich naprężeń i ewentualnie odkształceń. Siły zamykające wywołują w rurowym półwyrobie przewodzącym i tulei węglowej w zasadzie jedynie naprężenia ściskające.

Opisany powyżej stosunek zespołu utworzonego z półwyrobu przewodzącego i tulei węglowej do formy wtryskowej, zwłaszcza w odniesieniu do powierzchni uszczelniających, nie wyklucza sytuacji, w której ta połowa formy wtryskowej, która przylega szczelnie do wolnej czołowej powierzchni tulei węglowej, przylega uzupełniająco także do półwyrobu przewodzącego, o ile wystaje on w kierunku promieniowym poza tuleję węglową. Dana połowa formy wtryskowej może mianowicie przylegać do czołowych powierzchni elementów mostkowych, zaś przy zamykaniu formy przyczyniać się do określonego spęczania półwyrobu przewodzącego w kierunku osiowym.

Gdy grubość ścianek opisanych powyżej elementów mostkowych w sąsiedztwie segmentów przewodzących jest znacznie mniejsza niż pomiędzy każdymi dwoma segmentami przewodzącymi. Wystarcza to, aby zapewnić trwałość kształtu półwyrobu przewodzącego i wytrzymać ciśnienie, występujące podczas wtrysku korpusu nośnego z tłoczywa. Niewielka grubość elementów mostkowych w ich obu koń cowych obszarach u ł atwia póź niejsze usuwanie elementów, nastę pują ce po ukształ towaniu korpusu nośnego.

Opisane powyżej rozmieszczenie i wymiary elementów mostkowych umożliwiają ich usuwanie poprzez odcięcie względnie odbicie w kierunku osiowym. Ma to znaczenie wówczas, gdy elementy mostkowe, jak opisano powyżej, celem utworzenia półwyrobu przewodzącego rozciągają się na całej osiowej długości segmentów przewodzących i gdy wyprowadzenia wychodzą z segmentów przewodzących w kierunku promieniowym. Usuwanie elementów mostkowych za pomocą staczania jest oczywiście pomiędzy takimi promieniowo wychodzącymi wyprowadzeniami niemożliwe.

W komutatorze bębnowym według wynalazku poszczególne segmenty przewodzące mają grubościenny obszar przyłączeniowy z wyprowadzeniem, stykający się z przyporządkowanym mu segmentem węglowym, grubościenny obszar stykowy oraz umieszczony pomiędzy obszarem przyłączeniowym i obszarem stykowym, cienkościenny obszar przejściowy. Innymi słowy, istotne znaczenie dla tak ukształtowanego komutatora bębnowego ma fakt, że segmenty przewodzące nie mają wszędzie mniej lub więcej jednakowej grubości, lecz grubości różnych obszarów segmentów przewodzących różnią się znacząco pomiędzy sobą, co osiąga się w ten sposób, że pomiędzy obszarem przyłączeniowym, który służy do przyłączenia uzwojenia wirnika, i obszarem stykowym, za pomocą którego wytwarza się przewodzące prąd elektryczny połączenie segmentu przewodzącego z przyporządkowanym mu segmentem węglowym, istnieje stosunkowo cienkościenny obszar przejściowy. W tym sensie - mierzona

PL 204 977 B1 prostopadle do kierunku przepływu ciepła od wyprowadzeń do stref stykowych - grubość ścianki obszaru przejściowego jest mniejsza niż - mierzona w kierunku promieniowym - grubość ścianki obszaru przyłączeniowego i - mierzona ogólnie w kierunku osiowym - grubość ścianki obszaru stykowego danego segmentu przewodzącego, przy czym obszar przyłączeniowy jest ponadto sosunkowo duży także w kierunku osiowym i obwodowym (patrz niżej). Takie ukształtowanie segmentów przewodzących sprzyja temu, że nawet przy mających wyjątkowo zwartą budowę i minimalne wymiary komutatorach bębnowych spawanie drutów uzwojenia do obszarów przyłączeniowych segmentów przewodzących nie prowadzi do spowodowanego przegrzaniem uszkodzenia elektroprzewodzących połączeń segmentów przewodzących z segmentami węglowymi. Grubościenne obszary przyłączeniowe segmentów przewodzących tworzą bowiem z uwagi na ich dużą pojemność cieplną pierwsze ujemne źródło dla ciepła powstającego podczas procesu spawania. Cienkościenny obszar przejściowy pomiędzy obszarem przyłączeniowym i obszarem stykowym stanowi natomiast wskutek swej - skierowanej prostopadle do przepływu ciepła - niewielkiej powierzchni przekroju - znaczny opór dla przewodzenia ciepła z obszaru przyłączeniowego do obszaru stykowego segmentu przewodzącego. Grubościenny obszar stykowy stanowi z kolei wyraźne ujemne źródło ciepła dla (i tak zredukowanej) energii cieplnej, przekazywanej przez obszar przejściowy. W rezultacie obszar stykowy segmentów przewodzących ulega korzystnie niewielkiemu nagrzaniu przy spawaniu drutów uzwojenia wirnika do segmentów przewodzących. W zastosowaniu tej postaci wykonania wynalazku niebezpieczeństwo, że elektroprzewodzące połączenia segmentów węglowych z segmentami przewodzącymi zostaną uszkodzone przy spawaniu uzwojenia wirnika z komutatorem bębnowym, jest minimalne nawet przy użyciu typowych technik spawania. Segmenty węglowe można łączyć niezawodnie i trwale z segmentami przewodzącymi nawet za pomocą lutowania miękkiego, ponieważ temperatury występujące w miejscu styku leżą z pewnością poniżej temperatury mięknienia lutu miękkiego. To samo dotyczy nawet komutatorów bębnowych o wyjątkowo małych wymiarach.

Celem wyjaśnienia należy wskazać na to, że cecha, zgodnie z którą odcinek przejściowy ma być „cienkościenny”, nie może być rozumiana ograniczająco w tym sensie, że obszar przyłączeniowy jest połączony z obszarem stykowym za pomocą elementu ściankowego. Pod pojęciem „cienkościenny” należy rozumieć, że prostopadły do kierunku przepływu ciepła i przeznaczony do jego przewodzenia przekrój pomiędzy obszarem przyłączeniowym i obszarem stykowym jest mniejszy niż w obszarze przyłączeniowym względnie w obszarze stykowym. W tym znaczeniu przewężenie przekroju tworzy swego rodzaju „cienkościenny” obszar przejściowy w sensie niniejszego wynalazku, co wynika również z zamieszczonego poniżej, szczegółowego opisu przykładu wykonania wynalazku.

Objaśniona powyżej, przewidziana według wynalazku metalizacja tulei węglowej w obszarze promieniowej powierzchni wewnętrznej powoduje wprowadzanie prądu na dużej powierzchni w niemetalizowane obszary segmentów węglowych. W porównaniu z takimi rozwiązaniami, w których wprowadzanie prądu w segmenty węglowe zachodzi wyłącznie w obszarze ich elektroprzewodzącego połączenia z segmentami przewodzącymi, wynalazek pozwala na to, aby obszary elektroprzewodzącego połączenia segmentów przewodzących z segmentami węglowymi były stosunkowo małe i umieszczone w miejscu optymalnym z punktu widzenia wytwarzania i techniki cieplnej. Tak zredukowany wymiar powierzchni elektroprzewodzącego połączenia między segmentami przewodzącymi i segmentami węglowymi zmniejsza niekorzystne oddziaływania uwarunkowanego temperaturą rozszerzania i następującego po nim skurczu segmentów przewodzących przy spawaniu uzwojenia wirnika. To z kolei pociąga za sobą pozytywny wpływ na trwałość elektroprzewodzącego połączenia i niezawodność działania komutatora bębnowego.

We wspomnianym powyżej sensie przewodzące prąd elektryczny połączenia między segmentami przewodzącymi i segmentami węglowymi są usytuowane jak najdalej od wyprowadzeń w obszarze promieniowo wewnętrznych odcinków segmentów przewodzących. W szczególności elektroprzewodzące połączenie może się przy tym ograniczyć do obszaru ustawionych naprzeciw siebie i przylegających do siebie, kotwiących odcinków segmentów przewodzących i segmentów węglowych (patrz niżej).

Cienkościenny obszar przejściowy według wynalazku pomiędzy obszarem przyłączeniowym i obszarem stykowym każdego z segmentów przewodzących ma poza tym korzystny wpływ nie tylko wskutek swego przewodnictwa cieplnego względnie swego oporu cieplnego (patrz wyżej). Podkreślić należy ponadto osiową elastyczność względnie zdolność segmentów przewodzących do spęczania, które to własności również zapewnia cienkościenny obszar przejściowy. Zdolność do spęczania (na przykład do 2%) jest korzystna ze względu na niezawodne uszczelnienie formy wtryskowej, stosowanej do wtrysku korpusu nośnego. Poza tym można dzięki temu wyrównać tolerancje wykonawcze. W ten

PL 204 977 B1 sposób niezależnie od tolerancji, które są nieuniknione przy ekonomicznym wytwarzaniu tulei węglowej i półwyrobu przewodzącego, komutator można wykonać w formie wtryskowej dokładnie na jego zadany wymiar. Skuteczne ograniczenie ciśnienia działającego na tuleję węglową zmniejsza niebezpieczeństwo uszkodzenia tulei węglowej podczas wytwarzania komutatora bębnowego i przyczynia się tym samym do redukcji odrzutów produkcyjnych. Niniejszy wynalazek pozwala również, aby segmenty węglowe były wykonane ze stosunkowo miękkiego węgla, związanego tworzywem sztucznym; ma to wyjątkowo korzystny wpływ na trwałość komutatora.

W innej - opisanej już powyż ej w skrócie - postaci wykonania wynalazku obszary przejś ciowe segmentów przewodzących są przyłączone do obszarów stykowych segmentów przewodzących w oddaleniu od segmentów wę glowych. W ten sposób pomię dzy obszarami przyłączeniowymi i ewentualnie obszarami przejściowymi segmentów przewodzących z jednej strony i segmentami węglowymi z drugiej strony powstają szczeliny, wypełnione warstwą tłoczywa. Przyłączenie obszarów przejściowych do obszarów stykowych w oddaleniu od danej strefy styku pomiędzy segmentem przewodzącym i przyporzą dkowanym mu segmentem wę glowym powoduje dodatkową redukcję transportu ciepł a z obszarów przyłączeniowych segmentów przewodzących do segmentów węglowych. Działanie warstwy tłoczywa polega poza tym na lepszej ochronie połączeń elektroprzewodzących pomiędzy obszarami stykowymi segmentów przewodzących i segmentami węglowymi przed działaniem agresywnych czynników oraz na ochronie przed bezpośrednim przegrzaniem tulei węglowych przy spawaniu uzwojenia wirnika z segmentami przewodzącymi.

W ramach opisanej postaci wykonania wynalazku istnieje pewien przedział moż liwoś ci odnośnie do orientacji obszarów przejściowych. Z punktu widzenia techniki cieplnej obszary przejściowe mogą być ustawione w szczególności promieniowo, a także osiowo, przy czym możliwe są również dowolne ukośne wartości pośrednie.

Ze względu na szczególne, opisane powyżej, różne grubości ścianek segmentów przewodzących w ich różnych obszarach wytwarzanie półwyrobu przewodzącego, jaki stosuje się do wytwarzania komutatora bębnowego według wynalazku, okazuje się szczególnie korzystne z uwagi na kombinowany proces tłoczenia i wykrawania. Najpierw w drodze tłoczenia wytwarza się guzikowaty korpus wyjściowy, który już charakteryzuje się grubościennymi obszarami przyłączeniowymi, cienkościennymi obszarami przejściowymi i ponownie grubościennymi obszarami stykowymi, przy czym obszary stykowe i ewentualnie także obszary przejściowe są dodatkowo połączone między sobą, tworząc zamknięty pierścień. Za pomocą wykrawania przeprowadza się następnie podział denka korpusu wyjściowego na segmenty.

Idealne wymiary poszczególnych obszarów segmentów przewodzących, zwłaszcza różne grubości ścianek i ich relacje względem siebie, zależą od różnych czynników. Jednak już w przypadku, gdy prostopadła do kierunku przepływu ciepła powierzchnia przekroju obszarów przejściowych segmentów przewodzących wynosi mniej niż 80% mierzonej również prostopadle do kierunku przepływu ciepła - powierzchni przekroju obszarów stykowych, stwierdzono znacząco długi czas życia elektroprzewodzących połączeń między segmentami węglowymi i segmentami przewodzącymi. Szczególnie korzystnie różnica przekrojów jest jeszcze większa, jeżeli przekrój obszarów przejściowych segmentów przewodzących wynosi mniej niż 60% przekroju obszarów stykowych. Powoduje to, o ile płaskie obszary przejściowe są przyłączone do obszarów stykowych segmentów przewodzących w oddaleniu od segmentów węglowych, zwiększenie odstępu obszarów przejściowych segmentów przewodzących od segmentów węglowych.

Inna postać wykonania wynalazku charakteryzuje się tym, że wyprowadzenia są zukosowane na końcach. Tego rodzaju zukosowanie, zwrócone ku zewnętrznej obwodowej powierzchni przyporządkowanego segmentu przewodzącego, prowadzi do zmniejszenia powierzchni styku pomiędzy dogiętymi do segmentów przewodzących wyprowadzeniami i segmentami przewodzącymi w pobliżu połączenia z segmentami węglowymi. To z kolei jest korzystne z uwagi na możliwie najmniejsze przekazywanie ciepła, powstającego przy spawaniu drutów uzwojenia wirnika z segmentami przewodzącymi, na elektroprzewodzące połączenia w obszarze stref styku pomiędzy segmentami przewodzącymi i segmentami węglowymi.

Do przewidzianej według wynalazku metalizacji tulei węglowej nadają się znane metody galwaniczne. W tym przypadku metalizuje się tuleję węglową na całej jej powierzchni. Możliwa jest jednak również metalizacja tulei węglowej poprzez wprasowywanie pod wysokim ciśnieniem cząstek metalu, zwłaszcza - pokrytego ewentualnie srebrem - proszku Cu lub proszku Ag, i następne spiekanie.

PL 204 977 B1

Ze względu na wyjątkowo niezawodne i trwałe wykonanie komutatora bębnowego według wynalazku jego segmenty węglowe i segmenty przewodzące są szczególnie korzystnie za pomocą rozciągających się promieniowo do wewnątrz odcinków kotwiących, które są osadzone w korpusie nośnym, tworząc w nim podcięcia osadzone w tych ostatnich. Odcinki kotwiące segmentów węglowych z jednej strony i segmentów przewodzących z drugiej strony nie muszą mieć w ż adnym razie jednakowego przekroju. Szczególnie korzystne jest przy tym, jeżeli odcinki kotwiące segmentów przewodzących mają przekrój nieznacznie mniejszy w porównaniu do odcinków kotwiących segmentów węglowych.

Odcinki kotwiące segmentów węglowych mają wskutek opisanej powyżej metalizacji tulei węglowej na swej promieniowej powierzchni wewnętrznej metalowy płaszcz, który w przypadku metalizacji obu czołowych powierzchni tulei węglowej otacza całkowicie odcinki kotwiące.

Odcinki kotwiące segmentów węglowych rozciągają się na całej ich długości osiowej. Odcinki kotwiące segmentów przewodzących mogą natomiast być ograniczone do obszaru sąsiadującego ze strefami styku. Do optymalizacji zakotwienia segmentów przewodzących w korpusie nośnym mogą służyć dodatkowe kły, umieszczone na segmentach przewodzących. W tym sensie mogą zwłaszcza odcinki kotwiące segmentów przewodzących przechodzić w kły, które w zasadzie ustawione są osiowo. Inne kły mocujące są korzystnie usytuowane wewnątrz na segmentach przewodzących, w sąsiedztwie czołowej powierzchni półwyrobu przewodzącego, sąsiadującego ze strefą styku.

Z powyż szych objaś nień niniejszego wynalazku wynika, ż e dotyczy on komutatora bę bnowego o dotychczas nieznanych własnościach. W szczególności komutator bębnowy według wynalazku charakteryzuje się, przy niskich kosztach wytwarzania, znakomitą jakością wynikającą z wysokiej stabilności, przy czym można zrealizować komutator o bardzo małych wymiarach. Ponadto forma wtryskowa może mieć wyjątkowo prosty kształt. Półwyrób przewodzący może poza tym mieć od wewnątrz i od zewną trz cią g ł y zarys, dzię ki czemu moż na go uł oż y ć w matrycy.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pierwszy przykład wykonania komutatora bębnowego w widoku perspektywicznym, fig. 2 - komutator bębnowy z fig. 1 w przekroju wzdłu żnym, fig. 3 - półwyrób przewodzący zastosowany do wytwarzania komutatora bębnowego z fig. 1, w widoku perspektywicznym, fig. 4 - półwyrób przewodzący z fig. 3 w innym widoku, fig. 5 - tuleję węglową zastosowaną do wytwarzania komutatora bębnowego z fig. 1, w widoku perspektywicznym, fig. 6 - tuleję węglową z fig. 5 w innym widoku, fig. 7 - jednostkę utworzoną z pół wyrobu przewodzą cego z fig. 3 i przylutowanej do niego czoł owo tulei wę glowej z fig. 5 i 6, w widoku perspektywicznym, fig. 8 - jednostkę z fig. 7 w innym widoku, fig. 9 - drugi przykład wykonania komutatora bębnowego w widoku perspektywicznym, fig. 10 - komutator bębnowy z fig. 9 w przekroju wzdłużnym, oraz fig. 11 - komutator bę bnowy z fig. 9 w następnym przekroju wzdłużnym w innej płaszczyźnie osiowej niż na fig. 10.

Uwidoczniony na fig. 1 i 2 komutator bębnowy zawiera wykonany z tłoczywa izolacyjnego korpus nośny 1, osiem, rozmieszczonych równomiernie wokół osi 2, metalowych segmentów przewodzących 3 i osiem segmentów węglowych 4, z których każdy połączony jest w sposób przewodzący prąd elektryczny z jednym segmentem przewodzącym 3. Korpus nośny 1 ma centralny otwór 5. W tym zakresie komutator bębnowy z fig. 1 i 2 odpowiada stanowi techniki według DE 3150505 A1, w związku z czym nie ma potrzeby szczegółowego omawiania jego budowy.

Wykonane z miedzi segmenty przewodzące 3 są wykonane, co jest szczegółowo omówione poniżej, z półwyrobu przewodzącego przedstawionego na fig. 3 i 4. Zawierają one dwa główne obszary, mianowicie obszar przyłączeniowy 6 i obszar stykowy 7. Na każdym z obszarów przyłączeniowych 6 umieszczone jest wyprowadzenie 8. Służy ono do przewodzącego prąd elektryczny połączenia drutów uzwojenia z danym segmentem przewodzącym 3. Wyprowadzenia 8 mogą mieć na końcu zukosowanie na tej powierzchni, która w gotowym komutatorze bębnowym jest zwrócona promieniowo do wewnątrz i sąsiaduje z przyporządkowanym obszarem przyłączeniowym 6 danego segmentu przewodzącego 3.

Celem lepszego zakotwienia segmentów przewodzących 3 w korpusie nośnym 1 z każdego obszaru przyłączeniowego 6 każdego segmentu przewodzącego 3 wystaje ukośnie do wewnątrz kieł mocujący 10. W tym samym celu promieniowo wewnętrzne końce obszarów stykowych 7 są uformowane w odcinki kotwiące 11. Odcinki kotwiące 11 są w gotowym komutatorze bębnowym osadzone w tłoczywie korpusu nośnego 1; rozszerzają się one w kierunku osi 2 komutatora, w związku z czym następuje zakotwienie odcinków kotwiących 11 w korpusie nośnym 1. Odcinki kotwiące 11 przechodzą w następne, rozwidlone kły mocujące 12.

Obszary stykowe 7 segmentów przewodzących 3 przylegają całkowicie do czołowych powierzchni stykowych 13 segmentów węglowych 4. W obszarze zdefiniowanych w ten sposób stref styku

PL 204 977 B1 segmenty węglowe 4 są połączone za pomocą lutowania w sposób przewodzący prąd elektryczny z przyporządkowanymi im segmentami przewodzącymi 3.

Korpus nośny 1 zawiera kołnierz 14, który osłania wolne czołowe powierzchnie 15 segmentów węglowych 4 w promieniowo wewnętrznym obszarze i wystaje nieznacznie w kierunku osiowym poza segmenty węglowe. W celu obsadzenia kołnierza 14 korpusu nośnego 1 wolne czołowe powierzchnie 15 segmentów węglowych mają uskok.

Osiowe cięcia 16, za pomocą których w ramach wytwarzania komutatora płaskiego dzieli się początkowo jednoczęściową tuleję węglową (porównaj fig. 5 i 6) na poszczególne segmenty węglowe 4, są również przedstawione na rysunku. Osiowe cięcia 16 rozciągają się w kierunku promieniowym, wchodząc w korpus nośny 1, w związku z czym początkowo jednoczęściowa tuleja węglowa zostaje podzielona na osiem, odizolowanych niezawodnie od siebie, segmentów węglowych. W kierunku osiowym cięcia te nie rozciągają się na całej długości komutatora bębnowego, lecz biegną w sąsiedztwie strefy stykowej 17, w której segmenty węglowe 4 i segmenty przewodzące 3 są połączone ze sobą. Wskutek tego w obszarze pomiędzy wyjściem 18 osiowych cięć 16 i wyprowadzeniami 8 powstaje pierścieniowa, zamknięta, kołowo-cylindryczna powierzchnia 19 z ułożonymi naprzemiennie strefami tłoczywa korpusu nośnego 1 i strefami metalu segmentów przewodzących 3.

Na fig. 3 i 4 uwidoczniony jest półwyrób przewodzący, zastosowany do wytwarzania komutatora bębnowego z fig. 1 i 2, w dwóch różnych widokach perspektywicznych. Wiele szczegółów półwyrobu przewodzącego wynika bezpośrednio z uprzedniego opisu fig. 1 i 2; w tym zakresie niniejszy opis powołuje się na te objaśnienia. Istotną cechą półwyrobu przewodzącego jest jego rurowy kształt, zamknięty całkowicie na obwodzie. Pomiędzy każdymi dwoma obszarami przyłączeniowymi 6 znajduje się element mostkowy 20. Elementy mostkowe 20 i obszary przyłączeniowe 6 segmentów przewodzących 3 mają ten sam wymiar osiowy i są połączone ze sobą na całym obszarze tego wymiaru. W ten sposób na obu czołowych powierzchniach półwyrobu przewodzącego powstają zamknięte pierścieniowe powierzchnie 21 i 22, które składają się na zmianę z czołowych powierzchni segmentów przewodzących 3 i elementów mostkowych 20. Jest to, jak wspomniano powyżej, szczególnie korzystne pod względem szczelnego zamknięcia przyrządu do prasowania tłoczyw z jednej strony i tulei węglowej z drugiej strony na półwyrobie przewodzącym, przy czym wyjątkowo duże siły zamykające, wymagane ze względu na wysokie ciśnienia wtrysku, nie powodują szkodliwego odkształcenia półwyrobu przewodzącego.

Połączenia elementów mostkowych 20 z segmentami przewodzącymi 3 są - w wyniku odpowiedniego doboru wymiarów rowków 23 - stosunkowo cienkie. Dzięki temu elementy mostkowe 20, po wtrysku korpusu nośnego 1, można całkowicie lub przynajmniej częściowo usunąć w jednej operacji, polegającej na ich odbiciu lub odcięciu w kierunku osiowym. W tym celu przewidziano ponadto, że odstęp promieniowo wewnętrznych powierzchni obwodowych elementów mostkowych 20 w stosunku do osi 2 komutatora odpowiada w zasadzie odstępowi promieniowo zewnętrznych powierzchni obwodowych obszarów przyłączeniowych 6 segmentów przewodzących 3 w stosunku do osi 2 komutatora. Rowki 23 podczas wtrysku korpusu nośnego 1 są wypełniane tłoczywem, czemu towarzyszy ukształtowanie z tłoczywa odpowiednich żeber 24. Żebra 24 z tłoczywa odsłania się poprzez późniejsze usunięcie elementów mostkowych (patrz wyżej). Promieniowe zewnętrzne powierzchnie żeber 24 z tłoczywa tworzą wraz z promieniowymi zewnętrznymi powierzchniami segmentów przewodzących 3 pierścieniowy, zamknięty, kołowo-cylindryczny obszar z ułożonymi naprzemiennie strefami tłoczywa i strefami metalu, jak to opisano powyżej.

Również co do uwidocznionej na fig. 5 i 6 tulei węglowej, jej istotne szczegóły są ukazane w gotowym komutatorze bębnowym, przedstawionym na fig. 1 i 2, w związku z czym można się tutaj powołać na te objaśnienia. Na fig. 5 dobrze widoczne jest schodkowe ukształtowanie tej czołowej powierzchni tulei węglowej, która w gotowym komutatorze bębnowym stanowi wolną powierzchnię czołową 25. Przeciwległa, ukazana na fig. 6, czołowa powierzchnia tulei węglowej jest natomiast płaska. Stanowi ona tę powierzchnię czołową, do której przylutowany jest półwyrób przewodzący. Powierzchnia obwodowa 26 tulei węglowej tworzy w gotowym komutatorze bębnowym późniejszą powierzchnię ślizgową 27 dla szczotek.

Wewnętrzna powierzchnia obwodowa tulei węglowej jest ukształtowana na zasadzie uzębienia, ponieważ wystają z niej promieniowo do wewnątrz odcinki kotwiące 28. Odcinki kotwiące 28 rozciągają się na całej osiowej długości tulei węglowej. Odcinki kotwiące 28 są w gotowym komutatorze bębnowym osadzone w tłoczywie korpusu nośnego 1; rozszerzają się one w kierunku osi 2 komutatora, w związku z czym następuje zakotwienie odcinków kotwiących 28 w korpusie nośnym 1.

PL 204 977 B1

Tuleja węglowa, uwidoczniona na fig. 5 i 6, jest przed jej połączeniem z półwyrobem przewodzącym metalizowana zarówno na zwróconej ku niemu powierzchni czołowej, jak też na wewnętrznej powierzchni obwodowej, na przykład poprzez wprasowywanie proszku metalu w powierzchnię i następne spiekanie, lub poprzez galwanizację.

Komutator bębnowy z fig. 9, 10 i 11 różni się od komutatora z fig. 1 i 2 głównie zmodyfikowanym kształtem segmentów przewodzących 31. Mają one na zewnętrznym obwodzie, w sąsiedztwie strefy stykowej 17, rozciągające się w kierunku obwodowym wybranie 29. Wybranie 29 powoduje podział segmentów przewodzących 31 na trzy główne obszary, mianowicie obszar przyłączeniowy 61, obszar stykowy 7 i obszar przejściowy 31, który łączy obszar stykowy 7 z obszarem przyłączeniowym θ'. Obszar przejściowy 31 jest w tym przykładzie wykonania ustawiony ukośnie do osi 2 komutatora.

Szczególne znaczenie mają przy tym wymiary segmentów przewodzących 31 w ich poszczególnych odcinkach. Podczas gdy - mierzona w kierunku promieniowym - grubość obszarów przyłączeniowych θ' i - mierzona w kierunku osiowym - grubość obszarów stykowych 7 są duże, to przekrój obszarów przejściowych 31 w kierunku prostopadłym do kierunku przepływu ciepła wewnątrz półwyrobu przewodzącego jest wyjątkowo mały; innymi słowy, obszary przejściowe 31 są wyjątkowo cienkie celem wytworzenia oporu cieplnego. Obszary przejściowe 31 są przyłączone do obszarów stykowych 7 w oddaleniu od segmentów węglowych 4, w związku z czym nie występuje styk pomiędzy obszarami przyłączeniowymi θ' i obszarami przejściowymi 31 segmentów przewodzących 31 z jednej strony i segmentami węglowymi 41 z drugiej strony.

Przed wtryskiem korpusu nośnego 1 zwróconą ku półwyrobowi przewodzącemu, początkowo płaską, czołową powierzchnię tulei węglowej przetacza się w promieniowo zewnętrznym, pierścieniowym obszarze w celu usunięcia znajdującej się tam powierzchniowej metalizacji, tworząc przy tym stopień 32. Żebro 30 z tłoczywa, utworzone przy wtrysku korpusu nośnego 1, wchodzi zatem nie tylko w wybranie 29 półwyrobu przewodzącego, lecz także w odpowiedni stopień 32 tulei węglowej. Przewodzące prąd elektryczny połączenie między segmentami przewodzącymi 3 i segmentami węglowymi 4 ogranicza się do obszaru leżącego promieniowo wewnątrz, w którym odcinki kotwiące 11 segmentów przewodzących 3 przylegają do odcinków kotwiących 28 segmentów węglowych 4.

Jak to ma miejsce również w przypadku komutatora bębnowego z fig. 1 i 2, kołnierz 14 korpusu nośnego w komutatorze bębnowym z fig. 9, 10 i 11 pokrywa czołową powierzchnię 15 segmentów węglowych jedynie w obszarze wewnętrznym w kierunku promieniowym. W pierścieniowym obszarze 33 i w obszarze powierzchni ślizgowej 27 dla szczotek zdjęto znajdującą się tam metalizację powierzchniową za pomocą toczenia. Forma wtryskowa, stosowana do wtrysku korpusu nośnego 1, przylega szczelnie do czołowej powierzchni tulei węglowej w pierścieniowym obszarze 33.

Claims (17)

1. Komutator bębnowy dla maszyny elektrycznej, zawierający wykonany z tłoczywa izolacyjnego, tulejowy korpus nośny, pewną liczbę metalowych segmentów przewodzących z umieszczonymi na nich wyprowadzeniami i taką samą liczbę segmentów węglowych, połączonych przewodząco z segmentami przewodzącymi, znamienny tym, że posiada usytuowaną w sąsiedztwie wyprowadzeń (8), pierścieniową, zamkniętą, w zasadzie kołowo-cylindryczną powierzchnię (19) z naprzemiennymi strefami tłoczywa i strefami metalu oraz metalizowaną wewnętrzną, połączoną z korpusem nośnym powierzchnię segmentów węglowych (4).

2. Komutator bębnowy według zastrz. 1, znamienny tym, że segmenty przewodzące (3, 31) są w kierunku obwodowym osadzone całkowicie w tłoczywie tak, że izolujące od siebie segmenty węglowe (4), tworzące szczeliny powietrzne cięcia (16) są wolne od odsłoniętego metalu segmentów przewodzących (3, 31).

3. Komutator bębnowy według zastrz. 1, znamienny tym, że segmenty węglowe (4) i segmenty przewodzące (3, 31) mają rozciągające się promieniowo do wewnątrz odcinki kotwiące (28; 11), osadzone w korpusie nośnym (1) z utworzeniem podcięć.

4. Komutator bębnowy według zastrz. 3, znamienny tym, że segmenty węglowe (4) i segmenty przewodzące (3, 3) są połączone ze sobą w taki sposób, że przewodzą prąd elektryczny jedynie w obszarze ustawionych naprzeciw siebie odcinków kotwiących (28, 11).

5. Komutator bębnowy według zastrz. 1, znamienny tym, że poszczególne segmenty przewodzące (3) mają grubościenny obszar przyłączeniowy (θ’) z wyprowadzeniem (8), stykający się

PL 204 977 B1 z przyporządkowanym mu segmentem węglowym (4), grubościenny obszar stykowy (7) oraz umieszczony pomiędzy obszarem przyłączeniowym (6) i obszarem stykowym (7), cienkościenny obszar przejściowy (31).

6. Komutator bębnowy według zastrz. 5, znamienny tym, że obszary przejściowe (31) są ustawione w zasadzie promieniowo względem osi (2) komutatora.

7. Komutator bębnowy według zastrz. 5, znamienny tym, że obszary przejściowe (31) są ustawione ukośnie względem osi (2) komutatora.

8. Komutator bębnowy według zastrz. 5, znamienny tym, że pomiędzy obszarami przyłączeniowymi (63 segmentów przewodzących (3) z jednej strony i segmentów węglowych (4) z drugiej strony znajdują się żebra (30) z tłoczywa.

9. Komutator bębnowy według zastrz. 1, znamienny tym, że wyprowadzenia (8) są na końcu zukosowane, przy czym zukosowania są zwrócone ku zewnętrznym powierzchniom obwodowym segmentów przewodzących (3, 3).

10. Komutator bębnowy według zastrz. 4, znamienny tym, że zwrócone ku sobie w obszarze stref stykowych (17), czołowe powierzchnie segmentów przewodzących (3, 3) i segmentów węglowych (4) są płaskie.

11. Komutator bębnowy według zastrz. 2, znamienny tym, że odwrotne względem segmentów przewodzących (3, 31), czołowe powierzchnie (25) segmentów węglowych (4) są w promieniowo wewnętrznym obszarze osłonięte kołnierzem (14) korpusu nośnego (1).

12. Komutator bębnowy według zastrz. 11, znamienny tym, że kołnierz (14) korpusu nośnego (1) wystaje w kierunku osiowym poza czołową powierzchnię segmentów węglowych (4).

13. Sposób wytwarzania komutatora bębnowego, zawierającego wykonany z tłoczywa izolacyjnego, tulejowy korpus nośny, pewną liczbę metalowych segmentów przewodzących i taką samą liczbę segmentów węglowych, połączonych przewodząco z segmentami przewodzącymi, zawierający następujące etapy, w których:

a) wytwarza się metalowy półwyrób przewodzący, zawierający pewną liczbę segmentów przewodzących, z których każde dwa, sąsiadujące ze sobą są połączone elementem mostkowym;

b) wytwarza się tuleję węglową o, w przybliżeniu kołowo-cylindrycznej, zewnętrznej powierzchni, przy czym co najmniej osiową powierzchnię czołową tulei węglowej metalizuje się;

c) łączy się półwyrób przewodzący z tuleją węglową w kierunku osiowym i jednocześnie wytwarza się przewodzące prąd elektryczny strefy stykowe pomiędzy segmentami przewodzącymi i metalizowaną powierzchnią czołową tulei węglowej;

d) natryskuje się wykonany z tłoczywa izolacyjnego korpus nośny na złożony z półwyrobu przewodzącego i tulei węglowej element kompozytowy w formie wtryskowej;

e) usuwa się elementy mostkowe;

f) tworzy się segmenty węglowe przez to, że nacina się tuleję węglową osiowymi, sięgającymi w kierunku promieniowym do korpusu nośnego cięciami, które przebiegają w płaszczyznach osiowych usytuowanych pomiędzy każdymi dwoma segmentami przewodzącymi;

znamienny tym, że w etapie a) odstęp promieniowych wewnętrznych powierzchni elementów mostkowych (20) od osi (2) komutatora wykonuje się jako odpowiadający w przybliżeniu odstępowi promieniowych zewnętrznych powierzchni segmentów przewodzących (3, 3J od osi (2) komutatora;

następnie w etapie b) promieniową powierzchnię wewnętrzna tulei węglowej metalizuje się; w etapie d) metalizowaną promieniową wewnętrzną powierzchnię tulei węglowej pokrywa się tłoczywem;

w etapie e) kształtuje się pierścieniową, zamkniętą, w zasadzie kołowo-cylindryczną powierzchnię (19) z naprzemiennymi strefami tłoczywa i strefami metalu;

w etapie f) co najmniej częściowo zachowuje się pierścieniową, zamkniętą, w zasadzie kołowo-cylindryczną powierzchnię (19) z naprzemiennymi strefami tłoczywa i strefami metalu.

14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że całą powierzchnię tulei węglowej metalizuje się, przy czym po połączeniu półwyrobu przewodzącego z tuleją węglową, zwłaszcza po natrysku korpusu nośnego (1 obrabia się co najmniej promieniową zewnętrzną powierzchnię tulei węglowej w celu usunięcia metalizowanej powierzchni.

15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że tuleję węglową po jej połączeniu z półwyrobem przewodzącym, zwłaszcza przed natryskiem korpusu nośnego (1), obrabia się w zewnętrznym pierścieniowym obszarze obu czołowych powierzchni w celu usunięcia metalizowanej powierzchni.

PL 204 977 B1

16. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że po połączeniu półwyrobu przewodzącego z tuleją węglową, zwłaszcza przed natryskiem korpusu nośnego (1), w tulei węglowej, w sąsiedztwie półwyrobu przewodzącego, wykonuje się otwarty na zewnątrz, pierścieniowy rowek.

17. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że umieszcza się półwyrób przewodzący i tuleję węglową w formie wtryskowej tak, że obie połowy formy wtryskowej, użytej do wtrysku korpusu nośnego, przylegają szczelnie do siebie na dwóch przeciwległych, zamkniętych pierścieniowo powierzchniach uszczelniających, z których jedna jest usytuowana na wolnej czołowej powierzchni półwyrobu przewodzącego, druga zaś na wolnej czołowej powierzchni tulei węglowej.