SK283651B6 - Spôsob výroby pólového nástavca alternátora - Google Patents

Abstract

Dosiahnutie kompromisu medzi znížením hladiny hluku, výstupným výkonom, magnetickou permeabilitou, pevnosťou materiálu a polohou ťažiska je dané vhodnou voľbou výrobných operácií a ich sledu pri výrobe pólového nadstavca alternátora. Výrobné operácie zahrnujú kovanie za tepla, pieskovanie oceľovou drvinou, fosfátovanie, kalibrovanie za studena a dva kroky plne dokončujúcej operácie, zahrnujúce stlačenie výkovku a ohýbanie výstupkov (19), a žíhanie. Postup umožňuje výrobu pólového nadstavca (17) alternátora, ktorá je jednoduchšia, a taktiež umožňuje dosiahnutie vyššieho výstupného výkonu alternátora s takto zhotovenými pólovými nadstavcami (17). ŕ

Description

Oblasť techniky

Predložený vynález sa týka zlepšeného spôsobu výroby pólových nadstavcov alternátora.

Doterajší stav techniky

Bežne používané automobilové alternátory sú poháňané pomocou remeňa prepájajúceho alternátor a automobilový motor. Otáčaním rotora alternátora je vyrábaná elektrická energia, ktorá je použitá hlavne na dobíjanie akumulátora, umiestneného v automobile. Pri alternátoroch, ktoré sú v súčasnosti vo vozidlách používané, sa rotor otáča rýchlosťou 15 000 až 20 000 otáčok/min. V súčasnosti existuje v automobilovom priemysle medzi rôznymi výrobcami alternátorov ostrá konkurencia v snahe poskytnúť najlepší alternátor pri najnižšej cene. Ale pri definícii pojmu „najlepší“, v súvislosti s alternátorom, nie je vždy zrejmé, čo by mala táto zahrnovať.

Optimálny alternátor sa vyznačuje malou hmotnosťou, prijateľnou veľkosťou, pričom poskytuje vysoký výstupný výkon a má tichý chod. Jednou z dôležitých súčastí alternátora sú dva pólové nadstavce, ktoré sú prichytené navzájom proti sebe na rotorovom hriadeli, pričom sú na nich nasadené cievky, ktoré vypĺňajú priestor medzi nimi. Konštrukcia pólových nadstavcov je rozhodujúca na zvýšenie výstupného výkonu alternátora, pričom súčasne pólový nadstavec je jedným z najväčších zdrojov hluku vytváraného alternátorom.

Opatrenia, ktoré sú uskutočňované s cieľom znížiť výstupný hluk, spôsobovaný konštrukciou pólových nadstavcov, často ovplyvňujú negatívne výstupný výkon. Navyše umiestnenie ťažiska pólových nadstavcov veľmi ovplyvňuje konštrukciu medzery medzi rotorom a statorom. Vzhľadom na to, že poloha ťažiska pólového nadstavca je optimalizovaná a pólový nadstavec je vyrábaný vhodným spôsobom, je menej pravdepodobné, že sa výstupky pólových nadstavcov budú ohýbať smerom von počas vysokých rotačných rýchlostí rotora. Optimálne umiestnenie ťažiska tak môže uľahčiť zúženie medzery medzi rotorom a statorom a tým teda zvýšiť výstupný výkon alternátora. Ale, keď tu nie je možnosť optimalizovať polohu ťažiska pólových nadstavcov, potom opísaná medzera musí byť zväčšená, pretože sa musí počítať s možnosťou, že pólové nadstavce sa budú ohýbať smerom von počas vysokých rotačných rýchlostí a tým sa budú môcť dotknúť statora a poškodiť ho, t. j. môžu poškodiť samotný alternátor. Z tohto hľadiska tam, kde je pólový nadstavec vyrábaný lisovaním s výstupkami, následne vyhnutými z roviny lisovania, smer zŕn niektorých z výstupkov zviera ostrý uhol vzhľadom na základňu pólového nadstavca, ktorý zodpovedá uhlu medzi výstupkami a základňou.

Za týchto okolností je schopnosť pólových nadstavcov odolávať ohýbaniu počas vysokých rotačných rýchlostí znížená, takže pokiaľ je pólový nadstavec vyrábaný lisovacím postupom, medzera medzi rotorom a statorom musí byť zväčšená, pretože sa musí počítať s pravdepodobnosťou, že výstupky pólových nadstavcov sa budú počas vysokých rotačných rýchlostí pružne ohýbať smerom von.

Z citovaného je zrejmé, že konštrukcia pólových nadstavcov rotora alternátora nutne zahrnuje kompromisy.

Alternátory, vyrábané na súčasnej úrovni známeho stavu techniky, poskytujú dostatočný výstupný výkon vzhľadom na ich veľkosť a hmotnosť, takže výrobcovia automobilov sa teraz sústredili na zlepšenie alternátorov, ktoré by viedlo ku zníženiu hluku. Tvary a usporiadanie výstupkov pólových nadstavcov sú menené s cieľom zvýšiť prietok vzduchu, prechádzajúceho cez ne, bez vzniku turbulencie, ktorá je zdrojom hluku. Bola vytýčená potreba výrobného postupu, ktorý by optimalizoval výstupný výkon alternátora, pri ktorom by výstupky pólových nadstavcov boli navrhnuté tak, aby sa skôr znižovala úroveň hluku, ako sa zvyšoval výstupný výkon, a preto je tu potrebné nájsť najlepšie kompromisy medzi týmito oboma parametrami. Vynález sa hlavne týka tohto problému.

Ďalším aspektom, ktorý je dôležitý, je udržovanie teploty elektrických cievok rotora a statora alternátora na tak nízkej hodnote, ako je to len možné. Predtým, ako je známe, bol rotorový hriadeľ vybavený aspoň jedným ventilátorom, namontovaným na hriadeli zvonku skrine rotora. Ventilátor bol v spojení s vnútrajškom rotorovej skrine prostredníctvom radu štrbín, vytvorených v skrini. Takáto konštrukcia je málo účinná v dôsledku oddelenia ventilátora a rotora. Navyše použitie radu štrbín v skrini rotora spôsobuje zvýšenie hluku, čo je pre automobilový priemysel neprijateľné. Vzhľadom na to, že odpor medeného vinutia cievok sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou, bude účinná ventilácia alternátora udržovať odpor medi relatívne nízky. Pretože odpor medeného vinutia je nepriamo úmerný intenzite elektrického prúdu, bude sa so zvyšujúcou sa teplotou vinutia nutne znižovať intenzita elektrického prúdu, pretekajúceho cievkou. Vzhľadom na to, že magnetický tok je úmerný intenzite elektrického prúdu, bude výstupný výkon alternátora priamo závislý od jeho teploty. Vznikla tu teda požiadavka vyvinúť účinný chladiaci systém alternátora, ktorý by znateľne nezvyšoval hladinu hluku.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody odstraňuje zlepšený spôsob výroby pólových nadstavcov alternátora podľa predloženého vynálezu, ktorého podstata spočíva v tom, že východiskový kus ocele sa za tepla tvárni kovacím nástrojom na kovanie za tepla do prvého tvaru pólového nadstavca, vo všeobecnosti podobnému konečnému tvaru dohotoveného pólového nadstavca vrátane polovice jadra a radu po obvode umiestnených výstupkov, načo sa prvý tvar pólového nadstavca fosfátuje aspoň v jednom fosfátovacom kúpeli, s cieľom vytvoriť klznú vrstvu na jeho vonkajších povrchoch.

Potom sa prvý tvar pólového nadstavca kalibruje za studená nástrojmi na kalibrovanie za studená, s cieľom stlačiť polovicu jadra a výstupkov prvého tvaru pólového nadstavca a tým vytvoriť druhý tvar pólového nadstavca, majúceho sploštené zrná oproti zrnám štruktúry prvého tvaru pólového nadstavca a zahrnujúceho polovicu jadra a rad po obvode umiestnených výstupkov.

Nasleduje úplné dokončenie druhého tvaru pólového nadstavca, vytvrdzovaním povrchov druhého tvaru výstupkov a polovice jadra a vytvorením stredového otvoru. Toto vytvorenie stredového otvoru sa vykoná vytlačovaním materiálu z druhého tvaru pólového nadstavca pomocou razníka cez otvor, ktorého priemer je menší než priemer vytlačovacieho razníka. Uskutočni sa ohýbanie výstupkov do ich konečného usporiadania a tým vytvorenie konečného tretieho tvaru pólového nadstavca, načo sa tretí tvar pólového nadstavca máča vo vysoko zásaditom kúpeli a žíha pri teplote od 800 °C do 950 °C počas 20 až 60 minút, s následným postupným ochladzovaním na teplotu okolia v priebehu 270 až 310 minút.

Použitím pólových nadstavcov, vyrobených podľa predloženého vynálezu, sa zníži hluk alternátora, pričom však zostane zachovaný optimálny výstupný výkon alternátora.

Je výhodné, keď počas kovania za tepla sa ohrieva východiskový kus ocele na teplotu blízku teplote jej tavenia, východiskový kus ocele sa splošťuje, načo sa kuje za tepla do tvaru zhruba zodpovedajúceho uvedenému prvému tvaru pólového nadstavca, a ďalej sa dokúva za tepla do prvého tvaru pólového nadstavca.

Je výhodné, keď počas kalibrovania za studená sa odstrihuje výronok z obvodovej časti prvého tvaru pólového nadstavca a mení sa tvar výstupkov pri ich stlačovaní, na dosiahnutie ich kolmosti k polovici jadra.

Taktiež je výhodné, keď vytváranie stredového otvoru zahrnuje čiastočné vytvorenie stredového otvoru vytlačovaním materiálu druhého tvaru pólového nadstavca otvorom v tvárniacom nástroji s menším priemerom než je priemer vytlačovacieho razníka, čím sa dosiahne presný valcový tvar a zabráni sa porušeniu materiálu, načo sa dokončuje vytvorenie stredového otvoru, pri zachovaní jeho valcového tvaru, zasunutím vytlačovacieho razníka s vratným pohybom do čiastočne už vytvoreného otvoru, pričom sa vytlačí materiál z druhého tvaru pólového nadstavca do otvoru v tvárniacom nástroji s väčším priemerom než je priemer vytlačovacieho razníka, čím sa vytvorí otvor požadovaného konečného tvaru.

Výhodne sa tvárnenie konečného tretieho tvaru pólového nadstavca uskutočňuje bezprostredne pred dokončujúcim vytvorením stredového otvoru.

Výhodne sa tiež pred máčaním prvého tvaru pólového nadstavca tento pieskuje oceľovou drvinou, aby sa odstránili povrchové nepravidelnosti.

Iný spôsob sa vyznačuje tým, že aspoň jedno fosfátovanie sa uskutočňuje v rade fosfátovacích kúpeľov a odstránenie stearátu zinočnatého z konečného tretieho tvaru pólového nadstavca sa uskutočňuje vo vysoko zásaditom kúpeli s pH 14.

Žíhanie sa výhodne uskutočňuje v inertnej atmosfére, ktorá je výhodne tvorená zmesou približne 95 % dusíka a približne 5 % vodíka.

S cieľom vyrobiť pólový nadstavec alternátora s integrovanou polovicou jadra a s maximalizovaním magnetickej permeability je výhodný spôsob výroby, ktorý sa vyznačuje tým, že za tepla sa kuje východiskový kus nízkouhlíkovej ocele, ktorý' sa kalibruje za studená, s cieľom jeho stlačenia a vytvorenia priamych radov plochých zŕn jeho štruktúry a tento sa žíha pri teplote v rozsahu od 800 do 950 °C. Teplota sa udržiava na stanovenej hodnote počas 20 až 60 minút a potom sa postupne znižuje počas 270 až 310 minút na hodnotu teploty okolitého prostredia, čím dôjde ku zväčšeniu zrna vo východiskovom kuse nízkouhlíkovej ocele a tým k maximalizácii magnetickej permeability.

Pri ďalšom výhodnom uskutočňovaní spôsobu výroby pólového nadstavca alternátora s integrovanou polovicou jadra a s maximalizovaním magnetickej permeability v priebehu jeho výroby, sa kuje za tepla východiskový kus nízkouhlíkovej ocele, uvedený kus nízkouhlíkovej ocele sa kalibruje za studená, s cieľom jeho stlačenia a vytvorenia priamych radov plochých zŕn jeho štruktúry a žíha sa iba polovica jadra alternátora pri teplote v rozsahu od 800 do 950 °C, kedy sa teplota udržiava na stanovenej hodnote počas 20 až 60 minút a potom sa postupne znižuje počas 270 až 310 minút na hodnotu teploty okolitého prostredia, pričom žíhanie vedie ku zväčšeniu zrna v polovici jadra a tým k maximalizácii magnetickej permeability na zväčšenie zŕn štruktúry.

Je výhodné, keď sa žíhanie uskutočňuje v bezkyslikovej atmosfére.

Ešte ďalší výhodný spôsob výroby pólového nadstavca alternátora so zníženou hladinou hluku pri zachovaní dostatočného výkonu alternátora sa vyznačuje tým, že zahrnuje kroky:

vyrobí sa pólový nadstavec, majúci vonkajší tvar a priestorové usporiadanie s minimalizovanou hladinou hluku počas rotácie pólových nadstavcov, kovaním za tepla, čím sa orientujú zrná do rovnakého smeru výstupkov pólového nadstavca a jeho polovice jadra;

pólový nadstavec sa za studená kalibruje a ďalej sa žíha na zlepšenie orientácie a zväčšenie veľkostí zŕn a tým aj maximalizovanie magnetickej permeability a teda aj výstupného výkonu alternátora, ktorého rotor nesie proti sebe čelne uložené pólové nadstavce. Žíhanie zahrnuje zvýšenie teploty pólového nadstavca na teplotu v rozsahu 800 až 950 °C, ktorá sa udržuje počas 20 až 60 minút, načo sa pólový nadstavec postupne ochladzuje na teplotu okolia počas 270 až 310 minút.

Je výhodné, keď pruženie výstupkov, v radiálnom smere sa minimalizuje umiestnením ich ťažísk v najbližšej možnej vzdialenosti od osi rotácie, takže medzera medzi rotorom a statorom alternátora môže byť extrémne malá, čím sa maximalizuje výstupný výkon.

Výhodne sa počas kalibrovania za studená pólové nadstavec stlačujú.

Počas úplného dokončenia za tepla kovaného pólového nadstavca sa výhodne vytvrdzujú povrchy pólového nadstavca bez ich ohrevu, a čiastočne sa vytvára stredový otvor pólového nadstavca pretlačovaním jeho materiálu otvorom s priemerom menším než je priemer použitého jednoduchého razníka, vykonávajúceho vratný pohyb. Stredový otvor sa dokončuje pretlačením materiálu pólového nadstavca otvorom s priemerom väčším nezje priemer razníka.

Cieľom predloženého vynálezu je poskytnúť zlepšený postup výroby pólového nadstavca alternátora, zahrnujúci rôzne kroky, špeciálne navrhnuté na zväčšenie zŕn štruktúry materiálu hotového pólového nadstavca a tým na zvýšenie jeho magnetickej permeability.

Iným cieľom predloženého vynálezu je poskytnúť pólový nadstavec, vyrobený použitím jedného, plne dokončujúceho postupu, zlučujúceho kroky dierovania, ohýbania a obrábania do jednej dvojdielovej operácie s cieľom znížiť náklady.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude bližšie objasnený pomocou výkresov, kde obr. 1 predstavuje perspektívny pohľad na rozložený alternátor s pólovými nadstavcami, vyrobenými podľa predloženého vynálezu.

Obr. 2 predstavuje pohľad na rez inou konštrukciou zostaveného alternátora.

Obr. 3 ukazuje časti oceľovej tyče odstrihnuté za studená z dlhšej oceľovej tyče.

Obr. 4, 5 a 6 predstavujú priečne rezy nástrojmi, používanými na uskutočnenie operácií kovania za tepla na časti oceľovej tyče z obr. 3.

Obr. 7, 8, 9 a 10 predstavujú rezy nástrojmi a pólovými nadstavcami v nich založenými, pri uskutočňovaní lisovacej operácie za studená pri spôsobe podľa vynálezu.

Obr. 11 predstavuje rez nástrojom a v ňom založeným pólovým nadstavcom pre prvú časť prvého kroku plne dokončovacieho postupu podľa predloženého vynálezu.

Obr. 12 predstavuje rez nástrojom a v ňom založeným pólovým nadstavcom na uskutočňovanie druhej časti prvé ho kroku plne dokončovacieho postupu podľa predloženého vynálezu.

Obr. 13 predstavuje rez nástrojom a v ňom založeným pólovým nadstavcom na uskutočňovanie prvej časti druhého kroku plne dokončovacieho postupu podľa predloženého vynálezu.

Obr. 14 predstavuje rez nástrojom a v ňom založeným pólovým nadstavcom pre druhú časť druhého kroku plne dokončovacieho postupu podľa predloženého vynálezu.

Obr. 15 predstavuje graf závislosti žíhacej teploty od času pre žíhaciu operáciu podľa predloženého vynálezu.

Obr. 16 predstavuje rez krúžkom používaným na uskutočňovanie elektrických meraní pólových nadstavcov, vyrobených podľa predloženého vynálezu.

Obr. 17 predstavuje rez časťou pólového nadstavca, označujúci určité oblasti, ktorých štruktúra zrna má byť analyzovaná.

Obr. 18, 19 a 20 sú mikrofotografle ukazujúce štruktúru zrna oblastí zobrazených na obrázku 17, kde pólový nadstavec nebol žíhaný.

Obr. 21, 22 a 23 zodpovedajú priamo obrázkom 18, 19 a 20, ale pólové nadstavce tu boli žíhané podľa predloženého vynálezu.

Obr. 24 predstavuje graf závislosti indukčnosti v jednotkách Tešia od prúdu v ampéroch pri pólovom nadstavci podľa predloženého vynálezu v porovnaní s pólovým nadstavcom podľa doterajšieho stavu techniky.

Obr. 25 predstavuje graf závislosti magnetickej permeability od prúdu v ampéroch, kedy sú porovnávané rovnaké pólové nadstavce ako na obrázku 24.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Prvým krokom pri výrobe pólového nadstavca alternátora, podľa technológie predloženého vynálezu, je rozdelenie oceľovej tyče strihaním za studená na malé časti. Veľkosť každej časti je určená na základe požadovaného objemu pólového nadstavca po počiatočnom kovaní za tepla. Po rozdelení oceľovej tyče je každý kus ohriaty na teplotu blízko pod bodom tavenia ocele, takže každý kus je tvárny. Potom je každý kus vytvarovaný tvárnením za tepla do počiatočného tvaru, vo všeobecnosti sa podobajúcemu hotovému pólovému nadstavcu. Toto tvárnenie za tepla zahrnuje tri čiastkové operácie, z ktorých prvá spočíva v sploštení kusa s následným umiestnením medzi polovice nasledujúcich dvoch nástrojov, ktoré pri stlačení k sebe vytvoria počiatočný prvý tvar pólového nadstavca. V nasledujúcej operácii je vytvarovaný kus pieskovaný oceľovou drvinou s cieľom odstránenia nepravidelností povrchu, okovín a oxidov železa, načo je chemicky spracovávaný v rade fosfátových kúpeľov. Táto fosfátovacia operácia je tiež známa pod názvom Parkerizácia. V tejto operácii sa na povrchu pólového nadstavca vytvára klzná vrstva, ktorá zvyšuje účinnosť následného dolisovania za studená.

Potom je v prvej operácii vytvarovaný kus vystavený kalibrovaniu za studená, kedy je stlačený vysokým tlakom s cieľom zmenšenia jeho hrúbky, pričom sa súčasne sploštia zrná štruktúry ocele a vytvorí sa druhý tvar pólového nadstavca. Redukcia hrúbky vzhľadom na štruktúru prvotne vytvarovaného kusa môže byť až 10 %. Prihlasovateľ vyvinul spôsob uskutočňovania dolisovania za studená prvotne vytvarovaného kusa, pri ktorom je v niektorých oblastiach kusa použitá väčšia lisovacia sila, ako v ostatných oblastiach kusa, čím sa v niektorých oblastiach ovplyvní rozdielne tvar zŕn. Pretože je pólový nadstavec podľa vynálezu navyše vyrobený z nízkouhlíkovej ocele, môžu byť rovné rady plochých zŕn vytvorené v priebehu lisovania za studená. Ďalším dôvodom na uskutočňovanie dolisovania za studená je odstrániť zakrivenie povrchov z prvotne vytvarovaného kusa, ktoré bolo nutné na uľahčenie vybratia prvotne vytvarovaného kusa z teplej kovacej formy. Z hľadiska zakrivenia povrchov sa vyžaduje pri hotovom pólovom nadstavci, aby niektoré povrchy boli navzájom kolmé, ale pokiaľ by tieto kolmé povrchy boli tvarované vo vyhriatej kovacej forme, nebolo by ľahké vyberanie kusov z tejto formy. Preto je nutné pri kováčom nástroji vytvoriť miernu odchýlku v kolmosti niektorých povrchov, aby sa uľahčilo vybratie pólového nadstavca z tohto kovacieho nástroja. Požadovaná kolmosť je počas dolisovania za studená dosiahnutá pri stláčaní kovu. V priebehu lisovania za studená je uskutočnené odstrihnutie obvodovej časti kusa, vytvorenej na spoji čelných plôch lisovacích nástrojov, ktoré sú použité pri kovaní za tepla.

Po lisovaní za studená a po odstrihnutí výronku z obvodu kusa lisovaného za studená, je tento kus vystavený dvom krokom postupu, ktorý je prihlasovateľom označený ako „plné dokončenie“ za studená dolisovaného kusa. Tento druhý krok, spočívajúci v plnom dohotovení kusa, jednak zahrnuje zakalenie a vytvorenie otvoru, prechádzajúceho stredom pólového nadstavca pre hriadeľ rotora alternátora a jednak ohýbanie. Navyše dokončujúci krok zahrnuje pretlačovaciu operáciu s cieľom kalibrovania otvoru umiestneného v strede pólového nadstavca, aby mal presný valcový tvar. Dôvodom je vyhnúť sa nevyváženosti pri rotácii rotora alternátora. Úplné ukončenie výrobného postupuje dosiahnuté tretím konečným krokom.

Úplne dohotovený pólový nadstavec je vystavený pôsobeniu kúpeľa s pH 14, aby sa odstránil stearát zinočnatý z jeho povrchu a je ďalej žíhaný pri vystavení tepelnému a ochladzovaciemu cyklu v riadenej atmosfére, ako bude podrobnejšie ďalej opísané. Bolo zistené, že prítomnosť stearátu zinočnatého na kovovom povrchu bráni účinnému zvarovaniu. Odstránením stearátu zinočnatého, týmto spôsobom, sa umožní privarenie ventilátora k zadnému povrchu každého pólového nadstavca. Žíhacia operácia spôsobí zväčšenie zrna materiálu, z ktorého sú pólové nadstavce, čím dôjde ku zvýšeniu magnetickej permeability a tým ku zmenšeniu odporu kladeného prechodu magnetického toku pólovými nadstavcami v magnetickom obvode vytvorenom medzi pólovými nadstavcami rotora a statorom alternátora. Prihlasovateľ zistil rozsah teplôt pre žíhaciu operáciu, v ktorom je zväčšená štruktúra zrna a je dosiahnutá jej optimálna veľkosť. Čas ochladzovania je stanovený určitým spôsobom tak, aby sa riadilo množstvo karbidu a perlitu v štruktúre zrna ocele. Je optimálne, keď perlit v nízkouhlíkovej oceli je v štruktúre rozptýlený, čím sa dosiahne optimálna permeabilita. Navyše stanovený čas ochladzovania spôsobuje precipitáciu karbidu na hraniciach zŕn, čím sa zlepší obrábateľnosť hotových pólových nadstavcov. Pokiaľ je ochladenie uskutočnené príliš rýchlo, karbidy sa nerozptýlia na hraniciach zŕn, čím sa spôsobí, že pólové nadstavce sú obťažne obrábateľné. Uvedená operácia prebieha v inertnej atmosfére, zloženej z dusíka a vodíka, ktorá zabraňuje oxidácii povrchu pólového nadstavca.

Pri výrobe pólového nadstavca podľa predloženého vynálezu sa v porovnaní s pólovými nadstavcami, vyrobenými inými spôsobmi, zvýši magnetická permeabilita na optimálnu hodnotu. Použitím pólových nadstavcov, vyrobených podľa predloženého vynálezu, môže byť znížený hluk alternátora, pričom však zostane zachovaný optimálny výstupný výkon alternátora. Pólový nadstavec podľa predloženého vynálezu je vyrobený kovaním za tepla, pričom sa vytvoria jeho výstupky, ktoré majú zrná svojej štruktúry' rovnobežné so zrnami štruktúry zvyšku pólových nadstavcov, a ktoré sú pevné a úplne odolné proti ohybových silám, ktoré na ne, počas rotácie pri vysokých otáčkach, napríklad pri 15 000 až 20 000 otáčkach za minútu, pôsobia. Toto je uvedené na porovnanie s výsledkami získanými v prípade, keď pólový nadstavec je vyrobený lisovaním, pričom výstupky sú následne ohnuté do ich konečného usporiadania.

Ako bolo uvedené, takáto konštrukcia nie je natoľko odolná proti ohybovým silám na ňu pôsobiacim pri vysokých otáčkach, v dôsledku čoho musí byť alternátor konštruovaný tak, aby medzi rotorom a statorom bola väčšia medzera, ako v prípade alternátorov, pri ktorých sú použité pólové nadstavce vyrobené podľa predloženého vynálezu. Pri menšej medzere medzi rotorom a statorom je dosiahnutý väčší výstupný výkon alternátora.

Na obr. 1 a 2 je zobrazený perspektívny pohľad na rozložený alternátor a rez alternátorom, pričom ide o dva rozdielne alternátory so zabudovanými pólovými nadstavcami podľa predloženého vynálezu. Na obr. 1 je ako alternátor ako celok označený vzťahovou značkou 10 a je zobrazený so skriňou, skladajúcou sa z dvoch polovíc skrine 11 a 27, v ktorých je uložený stator 13, pevne prichytený vo vnútornej komore. Rotor 15 zahrnuje pólové nadstavce 17, majúce rad na obvode umiestnených výstupkov 19, pričom pólové nadstavce 17 sú umiestnené navzájom čelami k sebe, ako je to naznačené na obr. 1 a 2.

Ako je dobre viditeľné z obr. 2 alternátora, na rotore 15' na výstupku 19' pólového nadstavca 17'je umiestnená cievka 21. Rotor 15' je vybavený hriadeľom 23, ktorý je prichytený v ložiskách 25, aby umožnil otáčanie rotora 15' v statore 13'. Každý pólový nadstavec 17 je vybavený stredovým otvorom 20 pre hriadeľ 23.

Skrine 11' a 27' (obr. 2) slúžia na vystredenie statora 13' a rotora 15', pričom rotor 15' má ku každému pólovému nadstavcu 17' (obr. 2) pevne privarený ventilátor 29', aby sa otáčal s rotorom 15' a tak ochladzoval alternátor 10. Obr. 1 predstavuje jedno alternatívne uskutočnenie ventilátora 29, ktorý je prichytený zvonku skrine 11, 27. Obr. 2 potom ukazuje ďalšie uskutočnenie, pri ktorom je ventilátor 29' priamo privarený ku každému z pólových nadstavcov 17' a rotuje s nimi.

Na základe uvedeného opisu obr. 1 a 2 sa stalo výhodné uskutočnenie pólových nadstavcov podľa predloženého vynálezu úplne zrejmé.

Bolo zistené, že použitím nízkouhlíkovej ocele sa zvyšuje magnetická permeabilita hotových pólových nadstavcov v dôsledku pôsobenia vhodnej štruktúry' zrna, dosiahnutej využitím vynájdeného postupu. Okrem uhlíka sú v nízkouhlíkovej oceli, používanej prihlasovateľom, stopové prvky ako Cr, Mo, Ni, Co, Cu, Nb, Ti, V, W, Pb, B, As, Se. Ako bude ďalej podrobnejšie opísané, tieto stopové prvky majú významnú úlohu pri vytváraní štruktúry zŕn počas žíhacej operácie.

Ďalej bolo zistené, že optimálny spôsob prípravy polotovaru ocele na kovanie za tepla spočíva v jeho odstrihnutí za studená (obr. 3) z dlhšej tyče v dĺžke, ktorá zodpovedá objemu ocele, približne sa rovnajúcom objemu pólového nadstavca na kovanie za tepla. Po odstrihnutí tyče spôsobom pracovníkom z daného odboru bežne známym, je každý polotovar z ocele ohriaty na teplotu ležiacu práve pod teplotou tavenia, takže oceľ je dobre tvárna. Potom je každý ohriaty polotovar samostatne dodávaný ku kovaciemu stroju, kde je podrobený spracovaniu v troch stupňoch.

Polotovar z ocele je vo všeobecnosti valcový, majúci vo všeobecnosti valcový povrch a pozdĺžnu os. V prvom stupni kovania za tepla (obr. 4) je polotovar umiestnený na dosku, pričom pozdĺžna os oceľového polotovaru je kolmá na rovinu dosky. Potom je polotovar vystavený pôsobeniu tlaku, a sploštený, čím sa značne rozšíri po svojom obvode, zatiaľ čo v smere vertikálnom, t. j. v smere pôvodnej pozdĺžnej osi, dôjde ku skráteniu. Uvedené veľké rozšírenie oceľového polotovaru sa uskutoční preto, aby sa zabezpečilo, že materiál pokryje vstupný povrch zápustky, ktorá je následne použitá. Krok postupu, zobrazený na obr. 4, má z ďalšieho hľadiska ten význam, že sa z povrchu polotovaru odstránia povrchové okoviny, ktoré sa vytvoria počas ohrievacieho procesu, za ktorým práve nasleduje operácia, znázornená na obr. 4.

V druhom a treťom kroku tvárniacej operácie za tepla podľa obr. 5 a 6 je sploštený kus ocele umiestnený medzi dve polovice tvárniacej zápustky, pričom jedna polovica zápustky je nepohyblivá, zatiaľ čo druhá polovica je prichytená oproti tejto nepohyblivej polovici, takže táto druhá pohyblivá polovica zápustky môže byť s veľkou silou pritlačená do záberu s nepohyblivou zápustkou, pričom sa vykoná na sploštenom kuse ocele, vloženom medzi obe polovice tvárniaceho nástroja, operácia kovania, pri ktorej sa polotovar ocele pretvorí do tvaru pólového nadstavca. Ako je skúseným pracovníkom z daného odboru známe, musia byť vnútorné steny nástroja na tvárnenie za tepla vytvorené skosené v mierne tupom uhle, aby sa uľahčilo vybratie vykovaného kusa z nástroja. Zodpovedajúce steny dohotoveného pólového nadstavca však musia byť navzájom kolmé, keby však tieto zodpovedajúce steny tvárniaceho nástroja boli navzájom kolmé, spôsobilo by to ťažkosti s vybratím východiskového výkovku pólového nadstavca z tvárniaceho nástroja. Takže mierne tupé uhly medzi vodorovnými a zvislými povrchmi tvárniaceho nástroja uľahčujú vybratie vykovaného kusa z nástroja a jeho dodanie na ďalšie spracovanie. Na obr. 5 je znázornené, ako sploštený oceľový materiál je stlačený medzi obe polovice tvárniaceho nástroja, aby bol vyrobený polotovar, majúci v podstate objem rovnaký aký je požadovaný po uskutočnení operácie s použitím nástroja zobrazeného na obr. 6. Po uskutočnení operácie, s využitím tvárniaceho nástroja podľa obr. 5, je pólový nadstavec tvarovo „hrubý“, s väčšími polomermi zakrivenia ako sú konečné zakrivenia, a to preto, aby materiál bol schopný lepšie vyplňovať zápustku s použitím najmenšej možnej sily a s čo najmenším trením. Týmto spôsobom sa zníži opotrebenie nástroja a tiež poškodenie nástroja je minimalizované. Po spracovaní pólového nadstavca v tvárniacom nástroji podľa obr. 5 je použitý na presné vytvorenie pólového nadstavca v rozmeroch, požadovaných pred jeho kalibrovaním, nástroj podľa obr. 6, pričom tieto rozmery určujú prvý prechodný tvar pólového nadstavca.

Po ukončení krokov postupu kovania za tepla sa každý pólový nadstavec pieskuje. Je samozrejmé, že keď kus ocele je ohriaty na teplotu práve pod jej teplotou tavenia, aby sa uľahčilo kovanie za tepla, tak po jej ochladení, po vykonanom tvárnení, sú na povrchu východiskového výrobku pólového nadstavca viditeľné okoviny a ďalšie povrchové nepravidelnosti. Uvedené opieskovanie uľahčuje odstránenie akýchkoľvek kovových okovín a hrubých povrchových nepravidelností z povrchu východiskového výkovku pólového nadstavca.

Po opieskovaní polotovarov je každý kus ťosfátovaný, t. j. je vystavený pôsobeniu radu kúpeľov. Pieskovanie a fosfátovanie sú veľmi dobre známe pri výrobe oceľových prvkov, pričom aj tu tieto uskutočňované operácie sú úplne bežné. Fosfátovanie dodáva povrchu pólového nadstavca vhodné klzné vlastnosti, ktoré zvyšujú účinnosť následného postupu kalibrovania výkovku za studená.

Následne je každý výkovok podrobený kalibrovaniu (dolisovaniu) za studená, ako je zobrazené na obr. 7 až 10. V tejto kalibrovacej operácii za studená je východiskový výkovok vložený do nástroja, pričom proti nemu je pritlačený druhý nástroj pri mernom tlaku od 50 000 p.s.i. (345 MPa) do 70 000 p.s.i. (483 MPa), čím dôjde ku stlačeniu kovu a zmenšeniu jeho rozmeru až o 10 %. Obvod tvárniacich nástrojov na kalibráciu za studená je určitým spôsobom tvarovaný, aby tak odstránil tupé uhly, ktoré boli nutné pri východiskovom výkovku na uľahčenie vybratia východiskového výkovku pólového nadstavca zo zápustky pri kovaní za tepla. Po ukončení kalibrovacej operácie sú uvedené povrchy navzájom kolmé, ako sa to požaduje pri dohotovenom pólovom nadstavci. V kalibrovacej operácii za studená sa vytvorí druhý prechodný tvar pólového nadstavca. Ako je vidno na rôznych obrázkoch, pólový nadstavec je vybavený strednou vyvýšenou časťou známou ako „poljadro“. Pri kalibrovacej operácii sa sploští štruktúra kovu pri jeho stlačení s cieľom zmenšenia rozmerov výkovku. V dôsledku rozmerov „poljadra“, ako sú zrejmé z obrázkov a určitých rozmerov tvárniacich nástrojov z obr. 7 až 10, dôjde k tomu, že v priebehu kalibrovania na väčšiu oblasť „poljadra“ bude pri stlačení pôsobiť väčšia sila než na ostatné oblasti pólového nadstavca. V praxi môže byť „poljadro“ pólového nadstavca vystavené pôsobeniu stlačovacej sily, ktorá je až dvojnásobne vyššia než je sila pôsobiaca na obvodové oblasti pólového nadstavca. Prihlasovateľ zistil, že navrhnutím usporiadania kalibrovacieho zariadenia tak, aby poskytlo zvýšenú stlačovaciu silu na „poljadro“, sa zrná materiálu v „poljadre“ pri ohreve oveľa viac zväčšia pri ohreve počas žíhacieho procesu. Vzhľadom na to, že „poljadro“ je zdrojom magnetického toku z cievok alternátora, prítomnosť väčších zŕn v materiáli „poljadra“ umožňuje väčší magnetický tok týmto „poijadrom“, inými slovami, dosiahne sa väčšia magnetická permeabilita.

Obr. 7 predstavuje pólový nadstavec, umiestnený medzi polovice tvárniaceho nástroja na kalibrovanie za studená, pred začatím pôsobenia tlaku. Obrázok 8 potom ukazuje hornú polovicu nástroja, resp. raznikovú časť zariadenia na kalibrovanie za studená umiestnenú nad pólovým nadstavcom, ktorá tlačí pólový nadstavec smerom nadol, takže obvodové okraje razníka vojdú do záberu s roztvorením zahĺbenia na dne nástroja, aby tak odstrihli ostrap z obvodu pólového nadstavca. Pri tejto operácii kalibrovania za studená nie je dôležitý' tlak, ktorý je vyvodzovaný na pólový nadstavec. Z porovnania obr. 8 a 7 je zrejmé, že jediný rozdiel medzi nimi je, že v jednom prípade je pólový nadstavec iba vložený do zahĺbenia vytvorenom v spodnej polovici nástroja, zatiaľ Čo v druhom prípade je už odstrihnutý ostrap od obvodu pólového nadstavca.

Ďalej, ako ukazuje obr. 9, horná polovica nástroja, resp. razníka, vchádza do záberu s horným čelným povrchom pólového nadstavca, čím mení tvar výstupkov a tiež vonkajšie povrchy „poljadra“. Z obr. 10 je zrejmé, že ďalší chod razníka spôsobuje tlak, ktorý pôsobí na celý povrch pólového nadstavca. Ako je z obr. 10 zrejmé, vrcholy výstupkov a okrajové oblasti „poljadra“ sú vystavené väčšiemu tlaku ako ostatné časti pólového nadstavca. Tieto vytvrdené oblasti sú na obr. 17 označené vzťahovou značkou 2, ako bude ďalej podrobnejšie opísané. Ako bude ďalej ukázané, účinok väčšieho tlaku na oblasti 2, zobrazené na obr. 17, spôsobí, že ich povrch bude tvrdší.

Je dôležité upozorniť na výhodu postupu výroby pólového nadstavca podľa predloženého vynálezu oproti spôsobom podľa doterajšieho stavu techniky. Napríklad pri jednom spôsobe, podľa známeho stavu techniky, je pólový nadstavec kovaný v plošnom usporiadaní, pripomínajúcom hviezdicu, pričom výstupky pólových nadstavcov sú vytvárané ohýbaním špičiek hviezdice v ohýbacej operácii tak, že tieto špičky sú kolmé na stredovú časť pólového nadstavca. Takto sa vytvorí pólový nadstavec podobného typu, ako je tu opísaný. Ale pri použití ohýbacej operácie nie sú všetky zrná materiálu pólového nadstavca rovnako orientované. To znamená, že zrná výstupkov takto vyrobeného pólového nadstavca ležia kolmo na smer zrna materiálu stredovej časti pólového nadstavca. Pri riešení podľa predloženého vynálezu, vzhľadom na to, že výstupky a stredová časť pólového nadstavca sú vytvorené v operácii kovania bez nasledujúceho ohýbania výstupkov, orientácia zŕn materiálu celého pólového nadstavca je vo všeobecnosti rovnaká, čim sa dosiahne zvýšenie magnetickej permeability. Takže použitie postupu kovania za tepla na vytvorenie pólového nadstavca, aspoň v podstate jeho konečného tvaru, prináša dôležitú výhodu oproti doterajšiemu stavu techniky. Ďalej, pokiaľ je pólový nadstavec vyrábaný spôsobom opísaným, t. j. kovaný v plochom usporiadaní, pripomínajúcom hviezdicu, s výstupkami vytváranými ohýbaním špičiek hviezdice vo zvláštnej ohýbacej operácii, tak dohotovený pólový’ nadstavec nemôže zahrnovať „poljadro“, na rozdiel od integrálne vytvoreného „poljadra“ pólového nadstavca, vyrobeného podľa predloženého vynálezu. Pokiaľ je rotor alternátora konštruovaný s pólovými nadstavcami, známymi zo súčasného stavu techniky, musí byť často medzi pár pólových nadstavcov vložené samostatné jadro. Vlastné medzery medzi protiľahlými čelnými plochami jadra a pólového nadstavca vytvárajú dve parazitické vzduchové medzery, ktoré znižujú výstupný výkon alternátora. Na rozdiel od tohto problému, pri pólových nadstavcoch, vyrobených podľa predloženého vynálezu, kde každý pólový nadstavec má „poljadro“, po ich zložení dohromady v rotore alternátora, vytvárajú čelné plochy uvedených „poljadier“ vzájomný dotyk, pri vytvorení jednej možnej parazitickej vzduchovej medzery, čím sa znížia straty na výstupnom výkone v dôsledku existencie týchto medzier.

Je dôležité zdôrazniť, že v prípade, keď je pólový nadstavec vyrobený podľa predloženého vynálezu, tak takmer dokonalá totožnosť smerov zŕn materiálu zvyšuje odolnosť proti ohybovým silám, ktoré na výstupky pólových nadstavcov pôsobia počas vysokých otáčok rotora alternátora. Okrem toho, vzhľadom na to, že pólový nadstavec, vyrobený podľa predloženého vynálezu, má „poljadro“, ktoré tvorí integrálnu súčasť pólového nadstavca, môže byť jeho hrúbka zväčšená, aby sa tak dosiahla väčšia odolnosť proti ohybovým silám.

Ako ďalej prihlasovateľ zistil, pri kalibrovacej operácii, keď je nízkouhiíková oceľ stlačená, sa vytvoria priame rady plochých zŕn materiálu. Meranie magnetickej permeability v tomto stupni výroby pólových nadstavcov ukázalo nízku permeabilitu. Je dôležité si uvedomiť, že následne po kalibrovaní za studená sa musí buď uskutočniť rekryštalizácia zrna, alebo sa musí obnoviť jeho veľkosť na dostatočnú úroveň, aby sa zvýšila magnetická permeabilita.

V priebehu kalibrovania za studená je, ako je najlepšie viditeľné z obr. 7 a 8, odstrihnutá okrajová oblasť pólového nadstavca, aby sa tak odstránil ostrap, ktorý bol vytvorený počas východiskového kovacieho postupu za tepla. Pri pohybe hornej polovice nástroja s ostrými obvodovými hranami sa odreže ostrap na obvode pólového nadstavca, pričom odrezaný materiál je odložený alebo recyklovaný. Následne je pólový nadstavec podrobený dvom krokom štvrtého plne dokončujúceho postupu.

Kroky a jednotlivé stupne plne dokončujúceho postupu sú znázornené na rezoch na obr. 11, 12, 13 a 14. Na obr. 11 a 12 je znázornená súprava nástrojov 40, na uskutočňova nie prvého kroku dokončujúceho postupu, ktorá zahrnuje prstenec 41, obopínajúci nepohyblivý nástroj 43, majúci malý otvor 45, valcového tvaru, pričom jeho priemer sa rozširuje na priemer komory 47, ležiacej pod týmto malým otvorom 45. Nástroj 49 s vratným pohybom má stredový otvor 51, v ktorom je klzné uložený razník 53. Razník 53 je obvykle valcový a má priemer Y väčší než je priemer X. Ako je zobrazené na obr. 11, v prvom stupni prvého kroku dokončujúceho postupu, vchádza nástroj s vratným pohybom 49 do záberu s horným povrchom pólového nadstavca 17, takým spôsobom, že pri jeho určitých povrchoch dôjde k spevneniu. V tejto súvislosti je treba venovať pozornosť obr. 17, na ktorom sú oblasti 2, vytvrdzované pri zábere nástroja 49.

Na obr. 12 je znázornený nástroj s vratným pohybom 49 v zábere s horným povrchom pólového nadstavca 17, razník 53 je v pohybe, aby pretlačil časť „poljadra“ pólového nadstavca 17 cez otvor 45 nepohyblivého nástroja 43 čiastočne do komory 47. Táto operácia je známa ako pretlačovanie, pričom je tu nutné pripomenúť použitie väčšieho priemeru Y razníka 53 oproti priemeru Y malého otvoru 45. Prihlasovateľ zistil, že vytvorením priemeru otvoru 45, ktorý je menší nezje priemer razníka 53, sa vytvorí otvor v pólovom nadstavci 17 pomocou razníka 53, ktorý je presne valcový. Ďalej zistil, že obmedzujúci účinok otvoru 45 zabraňuje porušeniu materiálu pretlačovaného razníkom 53 pred ukončením tejto operácie.

Nasledovne bude opísaný druhý krok dokončujúceho postupu s odkazmi na obr. 13 a 14. Ako je zrejmé, pólový nadstavec 17, ako je zobrazený na obr. 12, sa vyberie zo súpravy nástrojov 40 a vloží sa do súpravy nástrojov 60, znázornenej na obr. 13. Súprava nástrojov 60 zahrnuje prstenec 61 a spodnú polovicu nástroja 63, vybavenú otvorom 65, ústiacim do dutiny 67. Otvor 65 je valcový a má priemer Z. Súprava nástrojov 60 tiež zahrnuje pohyblivú polovicu nástroja 69, majúcu stredový otvor 71, do ktorého sa klzné vsúva pozdĺžny valcový razník 73. Razník 73 má priemer Y, ktorý zodpovedá priemeru Y razníka 53, zobrazeného na obr. 11 a 12. Navyše priemer Z otvoru 65 je o málo väčší než priemer Y, takže otvor 65 nekladie žiadny odpor vratnému pohybu razníka 73 nim prechádzajúceho. V prvom stupni druhého kroku dokončujúceho postupu, ako je zobrazený na obr. 13, keď pólový nadstavec 17 je umiestnený v spodnej polovici nástroja 63, je pohyblivá časť nástroja 69 uvedená do záberu s hornou časťou pólového nadstavca 17. Pohyblivá časť nástroja 69 je vybavená vonkajšími okrajovými povrchmi 70, ktoré sú určitým spôsobom usporiadané, aby ohýbali výstupky 19 do tvaru, zodpovedajúceho požadovanému, konečnému tvaru. Sotva je pohyblivá časť nástroja 69 presunutá do polohy znázornenej na obr. 13, je uvedený do činnosti razník 73, aby vytlačil časť materiálu 6 a dokončil stredový otvor 20 v pólovom nadstavci 17. Priemer otvoru 65 umožňuje razníku 73 klzavo ním prechádzať.

Aby sa ďalej pochopil postup, zobrazený na obr. 11 až 14, malo by byť uvedené, že pohyblivá časť nástroja 49, zobrazená na obr. 11 a 12, vyvíja tlak na pólový nadstavec 17 s hodnotou približne 40 kg/mm², zatiaľ čo razník 53 pôsobí na susednú oblasť pólového nadstavca 17 tlakom 130 kg/mm², aby sa tak uľahčilo vytvorenie stredového otvoru 20. Na záver dokončovacieho procesu dostáva pólový nadstavec 17 svoj tretí a konečný tvar.

Potom, čo sa plne dokončujúci postup, zobrazený na obr. 11 až 14 ukončí, je pólový nadstavec vystavený pôsobeniu kúpeľa s pH 14, aby sa odstránil stearát zinočnatý z jeho povrchu, aby bolo možné k tomuto povrchu privariť ventilátor. Stearát zinočnatý bráni účinnému zváraniu.

Ventilátor, privarený k zadnému povrchu každého pólového nadstavca, zaisti účinné vetranie, pričom sa hladina hluku zníži v porovnaní s konštrukciami podľa doterajšieho stavu techniky. Účinná ventilácia, ktorá sa tu dosiahne, spôsobuje, že teplota alternátora, zvlášť medeného vinutia cievok, sa udržuje na relatívne nízkej úrovni, čo znamená, že aj odpor medeného vinutia cievok je udržovaný na relatívne nízkej hodnote, čím sa dosiahne zvýšenie magnetického toku, ako bolo už predtým vysvetlené.

Po máčaní v uvedenom kúpeli je pólový’ nadstavec 17 žíhaný. Pri operácii žíhania je pólový nadstavec 17 uložený v inertnej atmosfére, aby sa zabránilo oxidácii jeho povrchu. Pri výhodnom uskutočňovaní postupu pozostáva inertná atmosféra zo zmesi zloženej približne z 95 % dusíka a 5 % vodíka. V predtým vykonávaných postupoch, podľa známeho stavu techniky, boli na prípravu povrchu na zváranie bežne používané operácie obrábania alebo kefovania. Teraz bolo zistené, že použitie kúpeľa s pH 14 je najúčinnejším spôsobom odstránenia stearátu zinočnatého z povrchov, pričom je menej nákladné, ako obrábanie alebo kefovanie povrchov. Z uvedeného dôvodu sú výrobné náklady pri spôsobe podľa vynálezu znížené.

Operáciu žíhania lepšie pochopíme s odkazom na obr. 15, ktorý predstavuje graf závislosti teploty od času operácie žíhania. Dohotovený pólový nadstavec 17 je ohriaty z teploty okolitého prostredia na teplotu 800 až 950 °C v priebehu časového intervalu od jednej hodiny a desiatich minút do jednej hodiny a tridsiatich minút. Potom je pólový nadstavec 17 udržovaný na maximálnej teplote počas dvadsať až šesťdesiat minút, načo je pólový nadstavec 17 postupne ochladzovaný na približne teplotu okolitého prostredia približne v časovom úseku od 270 do 310 minút.

Prihlasovateľ zistil, že čím je vyššie percentuálne zmenšenie hrúbky počas kalibrovacej operácie za studená, tým nižšia maximálna teplota je potrebná na účinné vyžíhanie.

Ďalej bolo overené, že stopové prvky, uvedené skôr, vstupujú do štruktúry materiálu difúziou v priebehu ohrievacej fázy operácie žíhania, pričom sa zväčšuje zrno materiálu. Ak ochladzovacia fáza žíhacieho procesu prebieha príliš pomaly, potom na hraniciach zŕn precipitujú karbidy železa. Naopak, ak prebieha chladiaca fáza žíhacieho procesu príliš rýchlo, potom perlit, ktorý je vytvorený ako spojenie uhlíka a železa v zrnách, difunduje cez zrná. Za takýchto okolností sa na hraniciach zŕn vytvorí veľmi málo karbidu železa. Na dosiahnutie optimálnych výsledkov je čas ochladzovania stanovený tak, aby perlit bol rozptýlený po celej štruktúre, pričom karbidy železa sú umiestnené na hraniciach zŕn.

Prihlasovateľ zistil, že keď je chladiaca časť žíhacej operácie uskutočňovaná príliš rýchlo, potom je sťažená obrábateľnosť pólového nadstavca, ak je jeho obrábanie nutné alebo vhodné. Prihlasovateľ ďalej zistil, že pokiaľ je chladiaca časť žíhacieho procesu uskutočňovaná v optimálnom časovom rozsahu, potom je perlit rozptýlený do vnútra zŕn kovu, čím optimalizuje hodnotu magnetickej permeability. Navyše, keď je čas chladenia volený v optimálnom rozsahu od 270 do 310 minút, sú karbidy železa umiestnené hlavne na hraniciach zŕn, čo umožní oveľa ľahšiu obrábateľnosť.

Niektoré výsledky, ktoré vyplývajú z využívania vynálezu, budú zrozumiteľnejšie pomocou obr. 17 až 23. Tak obr. 17 predstavuje rez jednou polovicou pólového nadstavca 17 a výstupkami 19. Obr. 17 ukazuje tri oblasti 1, 2 a 3 na pólovom nadstavci, ktoré sa vzťahujú na obr. 18, 19 a 20 a tiež obr. 21, 22 a 23, ako bude ďalej podrobnejšie opisané.

Obr. 18, 19 a 20 predstavujú mikrofotografie uvedených oblastí 1, 2 a 3 znázornených na obr. 17, pólového nadstavca, ktorý bol kalibrovaný za studená, ale nebol ešte žíhaný. Zvláštna pozornosť je zameraná na obr. 19, ktorý ukazuje účinok vytvrdzovania, ku ktorému dochádza na povrchoch oblasti 2 a ktorý je zrejmejší pri porovnaní s relatívne nevytvrdenou oblasťou 3, zobrazenou na obr. 17 a oblasťou 1, ktorá síce vytvrdzovaná je, ale v menšej miere ako oblasť 2.

Obr. 21, 22 a 23 vo všeobecnosti zodpovedajú obr. 18, 19 a 20 v tom, že obr. 21 ukazuje oblasť 1, obr. 22 ukazuje vytvrdenú oblasť 2 a obr. 23 ukazuje relatívne nevytvrdenú oblasť 3, ktoré sú zobrazené na obr. 17. Ale pólové nadstavce 17 na obr. 21, 22 a 23 boli žíhané pri ohrievacej teplote 880 °C. Pri porovnaní obr. 21 s obr. 18, obr. 22 s obr. 19 a obr. 23 s obr. 20 možno ľahko spozorovať zväčšenie zŕn pri vzájomnom porovnaní a tiež väčšiu rozlíšiteľnosť hraníc zŕn, v dôsledku ohrievacej fázy žíhacieho procesu. Toto objasňuje, že žíhací proces, ktorý sa uskutočňuje v súlade s postupom podľa predloženého vynálezu, zvyšuje magnetickú permeabilitu v dôsledku zväčšenia veľkostí zŕn, definovaním hraníc zŕn a prítomnosťou magnetickej cesty, ktorá kladie oveľa menší odpor magnetickému toku v porovnaní s prípadom, keď je žíhacia operácia vynechaná.

Obr. 16 znázorňuje priečny rez prstencom, ktorý bol používaný prihlasovateľom, aby overil rôzne magnetické a elektrické charakteristiky pólového nadstavca, vyrobeného podľa predloženého vynálezu a porovnal ich s týmito charakteristikami pólového nadstavca vyrobeného inými spôsobmi.

Prstenec podľa obr. 16 je vo všeobecnosti valcový s kruhovým otvorom s priemerom d. Má vonkajší priemer D a hrúbku e od spodku k hornému čelu. Pri skúške vlastností pólového nadstavca, vyrobeného podľa predloženého vynálezu, boli vytvorené prstence, ako je zobrazené na obr. 16 a to na jednej strane podľa postupu tu opísaného a na druhej strane podľa konkurenčného postupu zo známeho stavu techniky. Prihlasovateľ si je vedomý, že určité kroky postupu, ktorý bol použitý na výrobu materiálu, z ktorého bol vytvorený porovnávaný konkurenčný prstenec, sú odlišné od postupu podľa predloženého vynálezu. Porovnávaný prstenec je vyrobený z pólového kusa, ktorý' bol zhotovený podľa konkurenčného postupu. V oboch prípadoch boli prstence vybavené rovnakým počtom závitov drôtu s koncami drôtu pripojenými ku zdroju elektrického prúdu. Pre každú hodnotu vstupného prúdu boli odčítané hodnoty nasledujúcich veličín:

D Φ: zmeny magnetického toku (mWb) B: indukcia v jednotkách Tešia (T) μ: magnetická permeabilita H: ampérzávity na milimeter (AZ/mm)

Prstenec 80, ktorý bol zhotovený podľa predloženého vynálezu, mal nasledujúce rozmery:

D = 40,118 mm d = 19,854 mm e = 10,042 mm prierez = ((D-d)/2).e = 101,745 mm² dĺžka magnetického obvodu = 94,203 mm.

Tabuľka 1 zobrazuje výsledky pri rôznych vstupných hodnotách prúdu od 0,25 A do 5 A.

Konkurenčný prstenec 80 mal nasledujúce rozmery: D = 39,996 mm d= 19,938 mm e = 10,15 mm prierez = ((D-d)/2).e = 101,794 mm² dĺžka magnetického obvodu = 94,166 mm.

Tabuľka 2 uvádza údaje získané pri použití elektrického prúdu od 0,25 A do 5 A na napájanie magnetického obvodu.

Obrázok 24 porovnáva prihlasovateľov prstenec s riešením podľa vynálezu s prstencom, vyrobeným z konkurenčného pólového nadstavca podľa známeho stavu techniky, v grafe zobrazujúcom indukciu v jednotkách TESLA v závislosti od ampérzávitov na milimeter. Ako je zrejmé, prstenec, vyrobený z pólového nadstavca, zhotoveného predmetným spôsobom podľa vynálezu, je účinnejší než porovnávaný prstenec a to v celom priebehu hodnôt grafu.

Obrázok 25 zobrazuje graf závislosti magnetickej permeability od vstupného prúdu v ampéroch a tiež ukazuje, ako prihlasovateľov prstenec s riešením podľa vynálezu má vynikajúce hodnoty magnetickej permeabiíity pre všetky hodnoty vstupného prúdu. Je zrejmé, že veľký posun v hodnote magnetickej permeabiíity, dosiahnutý predloženým vynálezom, spôsobí zvýšenie výkonu alternátora, využívajúceho pólové nadstavce vyrobené podľa predloženého vynálezu.

Tabuľka 1

I	D<D	B	μ	H
0,25	8,67	0,263	2083	92,8
0,5	21,67	0,589	2526	185,7
0.75	29,33	0,823	2352	278,6
1.0	35,33	0,99	2124	371
1.5	42.67	1.19	1710	557
2.0	45,33	1,273	1363	743
2.5	48.00	1.347	1154	928
3.0	50,00	1,40	1002	1114
3,5	51,33	1,44	882	1300
4.0	52,17	1.464	784	1486
4,5	53,33	1.497	712	1671
5.0	54,00	1,516	649	1857

Tabuľka 2

1	D<1>	B	μ	H
0,25	3,33	0.093	800.25	93.0
0,5	12,67	0,355	1521.2	185,0
0,75	20,67	0,579	1654	278,8
1,0	27,00	0,757	1622	371
1.5	35.00	0,982	1400	557
2.0	39,00	1,09	1171,5	743
2,5	42,00	1.17	1009	929
3.0	45,0	1.26	901	1115
3.5	46,00	1,291	789	1301
4.0	48,00	1,347	720	1487
4,5	48,67	1,375	654	1672
5.0	51,00	1,431	612	1858

Pri výrobe pólového nadstavca podľa predloženého vynálezu sú vylúčené kompromisy, ktoré sú uskutočňované pri dosiaľ známych postupoch, pričom prijateľný kompromis medzi výstupným výkonom, hlukom a hmotnosťou môže byť prijateľne riešený pólovými nadstavcami podľa vynálezu. Použitie kovania za tepla pri vysokej teplote, nasledované kalibrovaním za studená, umožňuje získať vysoko presné reprodukovateľné tvary pólových nadstavcov. Navyše, pri žíhaní, uskutočnenom ako jeden krok postupu podľa vynálezu, výsledná rekryštalizácia zrna a jeho súčasné zväčšenie, zvýši magnetickú permeabilitu na vyššiu hodnotu v porovnaní s hodnotami, dosahovanými pri postupoch podľa známeho stavu techniky.

Ďalej je postup podľa predloženého vynálezu, z hľadiska nákladov, v porovnaní s postupmi podľa známeho stavu techniky, výhodnejší, najmä vzhľadom na potrebný čas a náklady, vydané na prípravu vhodného nástroja, ktorý je používaný pri výrobe. Na základe skúseností prihlasovateľa je možné všetko z nástrojov a výrobného postupu na výrobu pólového nadstavca podľa predloženého vynálezu pripraviť počas asi jedného mesiaca, pričom náklady predstavujú od 20 000 do 40 000 dolárov. V porovnaní s týmto, príprava výrobného postupu a potrebných nástrojov podľa dosiaľ známeho stavu techniky, by trvala od šiestich mesiacov do dvanástich mesiacov, pri nákladoch od 250 000 do 500 000 dolárov.

Ďalším príkladom nevýhod konkurenčných postupov podľa známeho stavu techniky oproti postupu prihlasovateľa je, že tieto sú uskutočňované kompletne za studená, bez využitia kovania za tepla, takže vyžadujú extrémne vysoké zaťažovacie tlaky. Výrobné postupy podľa známeho stavu techniky sú obmedzené, čo sa týka tvarov, ktoré možno nimi vyrobiť, pričom vyžadujú rad opracovania povrchov a medzi dôležitými operáciami vyžadujú medzioperačné žíhanie, aby sa tak umožnila rekryštalizácia zŕn materiálu a tak sa zabránilo vzniku trhlín počas výrobného procesu. V porovnaní s postupom podľa predloženého vynálezu sú známe postupy veľmi nákladné, pričom postrádajú prispôsobivosť momentálnym potrebám.

Predložený vynález bol opísaný na príklade výhodných uskutočnení, ktoré plne spĺňajú každý z cieľov predloženého vynálezu, ako boli uvedené a ktoré poskytujú nový a vylepšený postup na výrobu nového pólového nadstavca alternátora. Je samozrejmé, že skúsení pracovníci z daného odboru techniky môžu zvažovať rôzne zmeny, modifikácie a alternatívy predloženého vynálezu, ale bez toho, aby došlo k úniku zo zamýšľanej podstaty' a rozsahu vynálezu.

Claims (18)

1. Spôsob výroby pólového nadstavca (17) alternátora (10) vybaveného polovicou jadra alternátora (10) a po obvode rozmiestneným radom výstupkov, vyznačujúci sa tým, že východiskový kus ocele sa za tepla tvárni kovacím nástrojom na kovanie za tepla do prvého tvaru pólového nadstavca (17), vo všeobecnosti podobnému konečnému tvaru dohotoveného pólového nadstavca (17) vrátane polovice jadra a radu po obvode umiestnených výstupkov (19), načo sa prvý tvar pólového nadstavca (17) fosfátuje aspoň v jednom fosfátovacom kúpeli, na vytvorenie klznej vrstvy na jeho vonkajších povrchoch, následne sa prvý tvar pólového nadstavca (17) kalibruje za studená nástrojmi na kalibrovanie za studená, na stlačenie polovice jadra a výstupkov (19) prvého tvaru pólového nadstavca (17) a tým vytvorenie druhého tvaru pólového nadstavca (17), majúceho sploštené zrná oproti zrnám štruktúry prvého tvaru pólového nadstavca (17) a zahrnujúceho polovicu jadra a rad po obvode umiestnených výstupkov (19), potom sa vykoná úplné dokončenie druhého tvaru pólového nadstavca (17) jednak vytvrdzovaním povrchov druhého tvaru výstupkov (19) a polovice jadra a vytvorením stredového otvoru (20), pričom toto vytvorenie stredového otvoru (20) sa vykoná vytlačovaním materiálu z druhého tvaru pólového nadstavca (17) pomocou razníka cez otvor, ktorého priemer je menší než priemer vytlačovacieho razníka a jednak ohýbaním výstupkov (19) do ich konečného usporiadania a tým sa vytvorí konečný tretí tvar pólového nadstavca (17), načo sa tretí tvar pólového nadstavca (17) máča vo vysoko zásaditom kúpeli a žíha pri teplote od 800 °C do 950 °C počas 20 až 60 minút, s následným postupným ochladzovaním na teplotu okolia v priebehu 270 až 310 minút.

2. Spôsob podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že počas kovania za tepla sa ohrieva východiskový kus ocele na teplotu blízku tepíote jej tavenia, východiskový kus ocele sa splošťuje, načo sa kuje za tepla do tvaru vo všeobecnosti zodpovedajúcemu uvedenému prvému tvaru pólového nadstavca (17), a ďalej sa dokúva za tepla do prvého tvaru pólového nadstavca (17).

3. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že počas kalibrovania za studená sa odstrihuje výronok z obvodovej časti prvého tvaru pólového nadstavca (17), a mení sa tvar výstupkov (19) pri ich stlačovaní, na dosiahnutie ich kolmosti k polovici jadra.

4. Spôsob podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že vytváranie stredového otvoru (20) zahrnuje čiastočné vytvorenie stredového otvoru (20) vytlačovaním materiálu druhého tvaru pólového nadstavca (17) otvorom v tvárniacom nástroji s menším priemerom než je priemer vytlačovacieho razníka, na dosiahnutie valcového tvaru a zabránenie porušenia materiálu, načo sa dokončuje vytvorenie stredového otvoru (20), pri zachovaní jeho valcového tvaru, zasunutím vytlačovacieho razníka s vratným pohybom do už čiastočne vytvoreného otvoru (20), pričom sa vytlačí materiál z druhého tvaru pólového nadstavca (17) do otvoru v tvárniacom nástroji s väčším priemerom než je priemer vytlačovacieho razníka, čím sa vytvorí otvor (20) požadovaného konečného tvaru.

5. Spôsob podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že tvárnenie konečného tretieho tvaru pólového nadstavca (17) sa uskutočňuje bezprostredne pred dokončujúcim vytvorením stredového otvoru (20).

6. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že pred fosfátovaním prvého tvaru pólového nadstavca (17) sa tento pieskuje oceľovou drvinou, aby sa odstránili povrchové nepravidelnosti.

7. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že aspoň jedno fosfátovanie sa uskutočňuje v rade fosfátovacích kúpeľov.

8. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že vysoko zásaditý kúpeľ má pH 14 a odstraňuje stearát zinočnatý z konečného tretieho tvaru pólového nadstavca (17).

9. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že žíhanie sa uskutočňuje v inertnej atmosfére.

10. Spôsob podľa nároku 9, vyznačujúci sa t ý m , že inertná atmosféra je tvorená zmesou okolo 95 % dusíka a okolo 5 % vodíka.

11. Spôsob výroby pólového nadstavca (17) alternátora (10) s integrovanou polovicou jadra a s maximalizovaním magnetickej permeability v priebehu jeho výroby, vyznačujúci sa tým, že sa kuje za tepla východiskový kus nízkouhlíkovej ocele, uvedený kus nízkouhlíkovej ocele sa kalibruje za studená, na jeho stlačenie a vytvorenie priamych radov plochých zŕn jeho štruktúry a žíha sa pri teplote v rozsahu od 800 do 950 °C, kedy sa teplota udržiava na stanovenej hodnote počas 20 až 60 minút a potom sa postupne znižuje počas 270 až 310 minút na hodnotu teploty okolitého prostredia, na zväčšenie zrna vo východiskovom kuse nízkouhlíkovej ocele a tým na maximalizovanie magnetickej permeability.

12. Spôsob výroby pólového nadstavca (17) alternátora (10) s integrovanou polovicou jadra a s maximalizovaním magnetickej permeability v priebehu jeho výroby, v y 9 značujúci sa tým, že sa kuje za tepla východiskový kus nízkouhlíkovej ocele, uvedený kus nízkouhlíkovej ocele sa kalibruje za studená, na jeho stlačenie a vytvorenie priamych radov plochých zŕn jeho štruktúry' a žíha sa iba polovica jadra alternátora pri teplote v rozsahu od 800 do 950 °C, kedy sa teplota udržiava na stanovenej hodnote počas 20 až 60 minút a potom sa postupne znižuje počas 270 až 310 minút na hodnotu teploty okolitého prostredia, na zväčšenie zrna v polovici jadra a tým na maximalizovanie magnetickej permeability.

13. Spôsob podľa nároku 11, vyznačujúci sa t ý m , že žíhanie sa uskutočňuje v bezkyslíkovej atmosfére.

14. Spôsob výroby pólového nadstavca (17) alternátora (10) so zníženou hladinou hluku pri zachovaní dostatočného výkonu alternátora (10), vyznačujúci sa t ý m , že pólový nadstavec (17), s výstupkami (19) konštruovanými na zaistenie zníženia hladiny hluku pri rotácii, sa kuje za tepla na orientáciu zŕn do rovnakého smeru pri výstupkoch (19) pólového nadstavca (17) a jeho polovice jadra, načo sa pólový nadstavec (17) za studená kalibruje a ďalej sa žíha na zlepšenie orientácie a zväčšenie veľkostí zŕn a tým aj maximalizovanie magnetickej permeability a teda aj výstupného výkonu alternátora (10), ktorého rotor (15) nesie proti sebe čelne uložené pólové nadstavce (17), pričom žíhanie zahrnuje zvýšenie teploty pólového nadstavca (17) na teplotu v rozsahu 800 až 950° C, ktorá sa udržuje počas 20 až 60 minúť načo sa pólový nadstavec (17) postupne ochladzuje na teplotu okolia počas 270 až 310 minút.

15. Spôsob podľa nároku 14, vyznačujúci sa t ý m , že ťažiská výstupkov (19) pólového nadstavca (17) sa umiestnia čo najbližšie k osi rotácie rotora (15) na minimalizovanie ich pružných deformácií v radiálnom smere, takže medzera medzi rotorom (15) a statorom (13) alternátora (10) je minimálna na maximalizovanie výstupného výkonu alternátora (10).

16. Spôsob podľa nároku 14, vyznačujúci sa t ý m , že počas kalibrovania za studená sa pólové nadstavce (17) stlačujú.

17. Spôsob podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že počas úplného dokončenia za tepla kovaného pólového nadstavca (17) sa vytvrdzujú povrchy pólového nadstavca (17) bez ich ohrevu, že sa čiastočne vytvára stredový otvor (20) pólového nadstavca (17) bez jeho ohrevu pretlačovaním jeho materiálu otvorom s priemerom menším než je priemer použitého jednoduchého razníka, vykonávajúceho vratný pohyb, načo sa dokončuje stredový otvor (20) pretlačením materiálu pólového nadstavca (17) otvorom s priemerom väčším než je priemer razníka.

18. Spôsob podľa nároku 17, vyznačujúci sa t ý m , že po obvode pólového nadstavca (17) umiestnené výstupky (19) sa počas výroby pólového nadstavca (17) ohýbajú do ich konečného tvaru následne po čiastočnom vytvorení stredového otvoru (20).