UA74049C2 - Drum commutator and a method for producing it - Google Patents

Description

Опис винаходу

Винахід стосується барабанного комутатора, який включає барабаноподібну основу, виготовлену з 2 ізоляційного матеріалу пресуванням, сукупність електропровідних сегментів і таку ж кількість вугільних сегментів, електрично з'єднаних з електропровідними сегментами. Винахід стосується також способу виготовлення такого барабанного комутатора.

У певних типах електрообладнання, зокрема, тих, що залежать від сили струму, що має бути проведений і умов встановлення, використовуються барабанні (або циліндричні) комутатори, у яких поверхні щіткових 70 контактів розташовані на правильному циліндрі концентрично відносно осі комутатора. Окрім барабанних комутаторів з металевими щітковими контактами існують декілька модифікацій барабанних комутаторів типів, наведених у введенні, у яких поверхня щіткового контакту розташована на вугільних сегментах. У першій з відомих конструкцій такого типу вугільні сегменти напресовано навколо електропровідних сегментів. Такий комутатор і спосіб його виготовленні описано, наприклад, у ЕР 0529911 В1 ії МО 99/57797, причому у останньому 12 вугільні сегменти напресовано навколо електропровідних сегментів. Це ж стосується ЮОЕ 4241407 А1 і 05 5789842 А.

Згідно з зовсім іншою конструкцією, вугільну оболонку, що включає подальші вугільні сегменти, виготовляють заздалегідь, незалежно від електропровідних сегментів, і лише пізніше її електрично з'єднують з останніми. ОЕ 3150505 А1 містить опис барабанного комутатора такої конструкції і способу його виготовлення. У цьому випадку вугільна оболонка паянням кінцями електрично з'єднується з кільцевою електропровідною заготовкою. Після цього пресуванням барабаноподібне підтримуюче ізоляційне тіло втискається у внутрішню частину відповідного вузла. Нарешті, вугільну оболонку і електропровідну заготовку розділяють на індивідуальні сегменти аксіальними розрізами.

Даних про успішне застосування барабанного комутатора у ОЕ 3150505 не наведено. Очевидно, цей с барабанний комутатор не є практичним, хоча на перший погляд його конструкція є привабливою. Го)

Барабанні комутатори з вугільною контактною поверхнею, у яких вугільні сегменти вплавлені з подальшим спіканням у електропровідні сегменти, згадані вище у ЕР 0529911 ВІ і у подібних у цьому відношенні публікаціях, не показали більшої ефективності при застосуванні. У таких барабанних комутаторах часто спостерігався поганий контакт між вугільними сегментами і відповідними електропровідними сегментами. У о зв'язку з цим можна зауважити, що барабанні комутатори такого типу працюють у важких робочих умовах. Тому «ф необхідно, щоб вони без відмов витримували кілька сотень робочих циклів при температурі від -40 до 11090 при усіх можливих зовнішніх умовах (при різних паливах). У відповідних суворих тестах відомі барабанні о комутатори згаданих вище конструкцій показали неприйнятно високі опори, що вказує на поганий контакт між «ж вугільними і електропровідними сегментами, або взагалі не спрацьовували. Однією з причин може бути те, що

Зо провідники роторної обмотки, приєднані до комутатора, звичайно приварюють до електропровідних сегментів, і т високі температури, що виникають при цьому, викликають помітні короткочасні розширення і зворотне зменшення металевого електропровідного сегмента. Це не лише пошкоджує механічний зв'язок між вугільними і відповідними електропровідними сегментами, але й суттєво порушує електричний контакт між цими частинами, «К що й призводить до зростання опору. Це явище є особливо шкідливим, оскільки вугільний пластичний компаунд, З 70 що використовується при виготовленні вугільних сегментів обтисканням навколо електропровідних сегментів, у с будь-якому випадку містить порівняно високий вміст зв'язуючого (до 30905), що також знижує електропровідність. "з Задачами винаходу є створення практичного барабанного комутатора з вугільною контактною поверхнею і спосіб виготовлення такого комутатора. Такий барабанний комутатор має бути міцним, мати високу тривалість життя і задовольняти жорстким вимогам стосовно можливих робочих температур без зростання опору, навіть 75 при компактних розмірах. Крім того, має бути забезпечена можливість приварювання провідників ротора до і електропровідних сегментів без їх пошкодження. їх Цю задачу винаходу вирішено застосуванням способу, визначеного у п.1 Формули винаходу. Барабанний комутатор винаходу, який може бути виготовлений у такий спосіб, визначено у п.9. о Першою суттєвою ознакою винаходу є те, що вугільну оболонку, з якої пізніше частковими розрізами т» 50 формуються окремі вугільні сегменти, металізують у місцях з'єднання з електропровідною заготовкою, щонайменше у зоні внутрішньої радіальної поверхні і однієї кінцевої поверхні, і металізовану внутрішню с радіальну поверхню вугільної оболонки покривають пресувальним матеріалом у процесі напресування під тиском тіла основи на композитну частину, що включає електропровідну заготовку і вугільну оболонку. Така металізація щонайменше однієї аксіальної кінцевої поверхні, як відомо (див. ОЕ 3150505 АТ), має забезпечувати 22 можливість електрично з'єднувати вугільні і електропровідні сегменти паянням або іншим відомим способом

ГФ) з'єднання. Крім того, для виготовлення вугільної оболонки з металізованою кінцевою поверхнею може бути т використаний спосіб металізації, відомий як "двокомпонентне пресування", згідно з яким виготовляють вугільну оболонку з заздалегідь металізованою кінцевою поверхнею. Для цього вугільний порошок і кінцевий поверхневий шар металевого порошку (з срібла, латуні, міді) спресовують разом і потім спікають. Залежно від розмірів 60 комутатора товщина металевого шару становить 1-2мм. Таке рішення є зручним, зокрема, для барабанних комутаторів, що працюють в сухих умовах, оскільки у цьому випадку не виникає необхідності у подальшій металізації, і це знижує витрати. На відміну від цього металізація внутрішньої радіальної поверхні вугільної оболонки, яка у подальшому спиратиметься на тіло основи, дає переваги у двох різних аспектах. По-перше, цим значно знижується омічний опір вугільних сегментах, особливо у барабанних комутаторів подовженої конструкції, бо у яких аксіальна довжина є відносно великою порівняно з діаметром. У цьому випадку струм між контактними зонами вугільних сегментів і щітками, що спираються на щіткові контактні поверхні, проходить, в основному, через зону металізованої внутрішньої поверхні вугільних сегментів, або, інакше кажучи, через внутрішні радіальні поверхні вугільних сегментів, приєднаних до тіла основи. По-друге, металізація радіальної внутрішньої поверхні вугільних сегментів зміцнює цю зону, зокрема, ця металізація ефективно захищає вугільну оболонку від пошкоджень у цій зоні. Досягнуте у такий спосіб підвищення міцності вугільної оболонки і, отже, вугільних сегментів, що одержуються з цієї оболонки, дозволяє виготовляти цю оболонку з відносно невеликим вмістом зв'язуючого (приблизно 2-595), що сприяє підвищенню електропровідності цих сегментів. Завдяки передбаченій винаходом металізації радіальної внутрішньої поверхні вугільної оболонки і опиранню на тіло 7/0 основи омічний опір комутатора значно знижується порівняно з існуючими конструкціями.

Згідно з другою суттєвою ознакою винаходу, закінчений барабанний комутатор має суміжну з термінальними язичками електропровідних сегментів кільцеву замкнену суттєво правильну циліндричну поверхню, утворену переміжною послідовністю зон пресованого матеріалу тіла основи і металу електропровідних сегментів. На відміну від конструкції, запропонованої у ОЕ 3150505 А1, барабанний комутатор винаходу у частині, суміжній до /5 термінальних язичків не має аксіальних прорізів, щілин або інших заглиблень, що обов'язково мають розділяти електропровідну заготовку на індивідуальні електропровідні сегменти. Завдяки відсутності таких розрізів термінальна частина комутатора, розташована суміжно до термінальних язичків, може бути надійно ізольована від зони комутації ефективним лаковим покриттям. При цьому лак, що використовується як захисне покриття на роторній обмотці відповідної електричної машини, з'єднаній з комутатором, не може мігрувати у зону комутації | порушити роботу комутатора. Відповідний результат можна одержати у роторах з герметизованою обмоткою, коли пластмасою опресовують усю обмотку разом з терміналами комутатора. При виготовленні таких роторів пресувальна матриця, що використовується для герметизації, щільно прилягає до кільцевої замкненої суттєво правильної циліндричної поверхні, і цим надійно відвертається проникнення пластмаси у зону комутації. Це забезпечує практичне одержання барабанного комутатора з вугільною контактною поверхнею, що задовольняє с існуючим вимогам.

Щодо виготовлення барабанного комутатора винаходу, слід відзначити обробку вугільної оболонки і і) геометрію електропровідної заготовки Згідно з п.17 Формули, кожні два суміжні електропровідні сегменти електропровідної заготовки з'єднуються один з одним через відповідний місток, причому відстань від радіальних внутрішніх поверхонь містків до осі комутатора, по суті, відповідає відстані від радіальних зовнішніх Ге! зо поверхонь електропровідних сегментів до осі комутатора. Містки, що з'єднують між собою електропровідні сегменти електропровідної заготовки радіально зсунуті назовні, тобто відносно електропровідних сегментів. -

Завдяки тому, що радіальні внутрішні поверхні містків розташовані, по суті, на тому ж радіусі відносно осі о комутатора, що і радіальні зовнішні поверхні електропровідних сегментів, радіальна протяжність ребер пресованого матеріалу тіла основи, утворених між кожними двома суміжними електропровідними сегментами, по - суті, відповідає радіальній протяжності електропровідних сегментів. Це у свою чергу дозволяє при виготовленні ї- одержати кільцеву замкнену суттєво правильну циліндричну поверхню, розташовану суміжно до термінальних язичків, з почерговими зонами пресованого матеріалу і металу, простим видаленням містків після напресування тіла основи на композитну частину, що включає електропровідну заготовку і кільцеву вугільну оболонку. Ці містки можуть бути видалені механічною обробкою на станку або збиті, або зрізані у аксіаальному напрямку. «

Витрати, пов'язані з цією операцією, є незначними, а кількість матеріалу, що видаляється, невеликою. Розрізи, з с призначені для розділення вугільної оболонки на індивідуальні електропровідні сегменти, закінчуються поблизу кінцевої поверхні вугільної оболонки, спрямованої до електропровідних сегментів, і, таким чином, майже ;» повністю або щонайменше частково зберігається кільцева замкнена суттєво правильна циліндрична поверхня (яка спочатку є ширшою) з почерговими зонами пресованого матеріалу і металу.

Обробка вугільної оболонки металізацією радіальної внутрішньої поверхні була розглянута вище. Товщина -І металізації залежить, зокрема, від розмірів комутатора. Взагалі ж металізований шар є порівняно товстим, оскільки він виконує подвійну функцію, описану вище. Залежно від розмірів комутатора металізація має ве проникати у поверхню вугільної оболонки на глибину від 10 до 200мкм. о Бажане втілення способу винаходу відрізняється тим, що вугільну оболонку металізують, зокрема, 5р Гальванізацією, по усій поверхні, тобто на обох аксіальних кінцевих поверхнях, на радіальній внутрішній ве поверхні і на радіальній зовнішній поверхні, перед з'єднанням з електропровідною заготовкою. Завдяки цьому

Ге вугільна оболонка одержує ефективний захист від пошкоджень у подальшому процесі виготовлення, протягом якого металізовану поверхню з радіальної зовнішньої зони видаляють і механічною обробкою формують щіткову контактну поверхню. Металізовану поверхню видаляють також з двох кінцевих поверхонь вугільної оболонки, бажано, у радіальній зовнішній кільцевій зоні. Металізація залишається лише на тих частинах поверхонь вугільної оболонки або вугільних сегментів, побудованих з неї, які контактують з пресованим матеріалом тіла (Ф, основи або з електропровідними сегментами (через електричне з'єднання). ка Слід відзначити, що описаний вище барабанний комутатор винаходу має кільцеву замкнену суттєво правильну циліндричну поверхню, суміжну до термінальних язичків, але не у зоні комутації. Замість цього бо Вугільні сегменти щіткової контактної поверхні ізольовані один від одного повітряними проміжками, утвореними частковими прорізами, що розділяють вугільну оболонку на окремі вугільні сегменти. У бажаному втіленні ці проміжки зв'язані лише пресованим матеріалом основного пресованого тіла з одного боку і поверхнями прорізів вугільних сегментів з іншого боку. Інакше кажучи, у цьому бажаному втіленні прорізи, що розділяють вугільну оболонку на окремі вугільні сегменти, проходять лише через вугілля і пресований матеріал, а не через метал 65 електропровідної заготовки або електропровідних сегментів, і тому у повітряних проміжках метал відсутній.

Електропровідні сегменти повністю встановлено півколу у пресований матеріал Тому зони пресованого матеріалу кільцевої замкненої поверхні, згадані вище, є ширшими по колу, ніж повітряні проміжки.

Електропровідна заготовка, що використовується для виготовлення барабанного комутатора, включає, як уже відзначалось, сукупність електропровідних сегментів, кожні суміжні два з яких з'єднані один з одним містком. Місткі приєднані кромками до електропровідних сегментів, і це забезпечує стабільність розмірів електропровідної заготовки у процесі подальшого виготовлення барабанного комутатора, тобто забезпечує збереження початкового розташування і орієнтації електропровідних сегментів один відносно одного, доки пресуванням не буде створене тіло основи. У бажаному втіленні містки простягаються по усій аксіальній довжині електропровідних сегментів. Завдяки цьому і розмірам містків кільцеві замкнені поверхні, розташовані у /о Відповідних площинах, перпендикулярних осі, утворюються на обох кінцевих поверхнях трубчастої електропровідної заготовки. Вугільну оболонку з відповідною кінцевою поверхнею можна виготовити з щільним приляганням до однієї з цих кільцевих замкнених поверхонь. Інша кільцева замкнена поверхня електропровідної заготовки може бути ущільнюючою поверхнею для відповідної половини пресувальної матриці, що використовується для виготовлення тіла основи. Трубчаста електропровідна заготовка, замкнена по колу /5 електропровідними сегментами і містками, таким чином, щільно ізолює об'єм, що має бути заповнений пресованим матеріалом, разом з вугільною оболонкою ї половинами прес-форми.

Трубчаста форма електропровідної заготовки також дозволяє розташування половин пресформи на лінії рознімання з електропровідною заготовкою чи, відповідно, вугільною оболонкою точно навпроти одна одній. Це є особливо важливим, оскільки завдяки цьому великі пресувальні зусилля, що прикладаються до електропровідної

Заготовки і вугільної оболонки, не викликають неприйнятно великих напружень і можливих деформацій. Ці сили є переважно силами стискання, що виникають у трубчастій електропровідній заготовці і вугільній оболонці.

У зв'язку з зазначеним вище, особливо стосовно поверхонь рознімання форми, слід зауважити, що між електропровідною заготовкою, з'єднаною з вугільною оболонкою і пресфррмою, не виключено, можливість того, що та половина форми, що щільно спирається на вільну кінцеву поверхню вугільної оболонки, може також сч 2г5 спиратись на електропровідну заготовку, якщо вона виступає радіально за вугільну оболонку. Зокрема, ця половина форми може спиратись на кінцеві поверхні містків і у процесі пресування створювати окреме стискання і) електропровідної заготовки у аксіальному напрямку.

Бажано, щоб товщина стінок згаданих вище містків, суміжних з електропровідними сегментами, була значно меншою за проміжок між кожними двома електропровідними сегментами. Цим забезпечується стабільність б зо розмірів електропровідної заготовки під тиском, що виникає у процесі виготовлення пресуванням тіла основи з пресувального матеріалу. Невелика товщина стінок містків у їх кінцевих зонах полегшує видалення містків після - виготовлення тіла основи. о

Розташування і розміри містків дозволяють видаляти їх зрізанням або збиванням у осьовому напрямку. Це є важливим, якщо містки, як уже відзначалось, простягаються аксіально на всю довжину електропровідних - сегментів для формування трубчастої електропровідної заготовки, і якщо термінальні язички виступають ї- радіально з електропровідних сегментів, оскільки неможливо сточити містки між термінальними язичками, що виступають радіально.

Бажане втілення барабанного комутатора винаходу відрізняється тим, що електропровідні сегменти мають кожний товстостінну термінальну частину з термінальним язичком, товстостінну контактну частину, що контактує «

З відповідним вугільним сегментом, і тонкостінну перехідну частину, розташовану між термінальною і контактною Ше) с частинами. Інакше кажучи, у цьому втіленні важливим є те, що електропровідні сегменти не мають всюди більш-менш однакової товщини, а товщини стінок різних частин електропровідних сегментів є різними, зокрема ;» важливим є те, що порівняно тонкостінна перехідна частина лежить між термінальною частиною, призначеною для приєднання роторної обмотки, і контактною частиною, через яку здійснюється електричне з'єднання між електропровідним сегментом і відповідним вугільним сегментом. Тобто товщина стінки перехідної частини (у -І напрямку проходження теплового потоку від термінальних язичків до контактних частин) є меншою за товщину стінок термінальної частини (виміряної у радіальному напрямку) і за товщину стінок контактної частини ве (виміряної у загальному аксіальному напрямку) даного електропровідного сегмента. Крім того, термінальна о частина має відносно великі радіальні та колові розміри (див. нижче). Завдяки такій геометрії електропровідних сегментів приєднання провідників обмотки до термінальних частин зварюванням не призведе о до пошкодження перегріванням електричних з'єднань між електропровідними сегментами і вугільними

Ге сегментами навіть у дуже компактних малогабаритних барабанних комутаторах. Це зумовлюється тим, що товстостінні термінальні частини електропровідних сегментів мають достатньо велику теплову ємність і утворюють тепловідвід для тепла, що генерується при зварюванні. Адже частина з невеликою площею ов поперечного перерізу (орієнтованого нормально до теплопотоку), тобто тонкостінна перехідна частина від термінальної частини до контактної, утворює значний опір для теплопотоку від термінальної частини до (Ф, контактної частини електропровідного сегмента. Товстостінна контактна частина у свою чергу утворює відмінний ка тепловідвід для теплової енергії (вже зниженої), що надходить через перехідну частину. В результаті розігрів контактної частини електропровідного сегмента підтримується на низькому рівні при приварюванні провідників бо роторної обмотки до електропровідних сегментів. При цьому загроза пошкодження електричних з'єднань між вугільними і електропровідними сегментами під час приварювання роторної обмотки є мінімальною, навіть при використанні звичайних способів зварювання. Навіть м'який припій забезпечує надійне і тривале електричне з'єднання, оскільки температури, що виникають у місці з'єднання, є нижчими за точку розм'якшення м'яких припоїв. Це має місце навіть у дуже компактних барабанних комутаторах. 65 Слід відзначити, що "тонкостінність" не є обмеженням на з'єднання термінальної частини з контактною частиною стінкою, а означає лише, що поперечний перетин теплопроводу між термінальною і контактною частинами у площині, перпендикулярній напрямку теплопотоку, є меншим за перетини цих частин. Отже, звуження поперечного перетину утворює "тонкостінну" перехідну частину, яка розглядається у подальшому описбі.

Металізація вугільної оболонки у зоні радіальної внутрішньої поверхні, передбачена винаходом і розглянута вище, забезпечує проходження струму через великі поперечні перетини до неметалізованих частин вугільних сегментів. Порівняно з конструкціями, у яких струм проходить до вугільних сегментів лише у зонах їх електричних з'єднань, таке рішення робить такі зони електропровідності між електропровідними і вугільними сегментами відносно малими і розташовує їх у місцях, що є оптимальними з точки зору процесу виготовлення і 7/0 Контролю тепла. Таке зменшення площі електричного контакту між електропровідними і вугільними сегментами обмежує розповсюдження тепла і подальшу деформацію електропровідних сегментів під час приварювання роторної обмотки. Перевагою є також збільшення довговічності електричного контакту і безпеки при роботі барабанного комутатора.

Згідно з наведеним вище, електричні з'єднання між електропровідними і вугільними сегментами розташовано /5 якомога далі від термінальних язичків у зоні радіально внутрішніх частин електропровідних сегментів. Зокрема, відповідне електричне з'єднання може бути розташоване лише поблизу протилежних анкерних частин електропровідних сегментів і вугільних сегментів, притиснутих один до одного.

Тонкостінна перехідна частина між термінальною і контактною частинами, розглянута вище, на додаток до зниження потоку тепла дає і іншу перевагу, а саме аксіальну пластичність і здатність до пресування у процесі 2о Виготовлення барабанного комутатора, зумовлені наявністю цих тонкостінних частин. Така пластичність (до 290) сприяє надійному ущільненню пресувальної матриці при виготовлені тіла основи пресуванням. Крім того, цим можна компенсувати допуски, зумовлені виготовленням. Завдяки цьому барабанному комутатору можуть бути надані теоретичні розміри у пресувальній матриці незалежно від відхилень, неминучих в умовах масового виробництва вугільної оболонки і електропровідної заготовки. Обмеження тиску на вугільну оболонку знижує сч об небезпеку пошкодження цієї оболонки у процесі виготовлення барабанного комутатора і знижує відходи виробництва. Згідно з винаходом, вугільні сегменти містять відносно пластичне вугілля, що сприяє і) довговічності барабанного комутатора.

Згідно з іншим бажаним втіленням винаходу, перехідні частини електропровідних сегментів з'єднуються з контактними частинами у точці, віддаленій від вугільних сегментів. Завдяки цьому у кожному випадку Ге! зо утворюється проміжок, заповнений шаром пресованого матеріалу між термінальними частинами і, якщо потрібно, перехідними частинами з одного боку і вугільними сегментами з іншого боку. З'єднання перехідних - частин з контактними у точці, віддаленій від відповідної контактної зони між електропровідним сегментом в о відповідним вугільним сегментом, також знижує теплопередачу від термінальних частин електропровідних сегментів до вугільних сегментів. Крім того, шар пресованого матеріалу поліпшує захист електричних з'єднань « між контактними частинами електропровідних сегментів і вугільними сегментами від агресивного довкілля і від ї- прямого перегрівання вугільної оболонки під час приварювання роторної обмотки до електропровідних сегментів.

Згідно з винаходом, припустимими є різні геометричні орієнтації перехідних частин. З точки зору теплового контролю ці частини можуть бути орієнтовані радіально або аксіально, або мати довільну діагональну « орієнтацію. з с Оскільки електропровідні сегменти мають різні товщини стінок у різних частинах, найбільш зручним способом виготовлення барабанного комутатора винаходу є комбінація пресування і штампування. На першому етапі ;» пресуванням виготовляють чашоподібне тіло основи, яке має товстостінні термінальні частини, тонкостінні перехідні частини і товстостінні контактні частини. Одночасно контактні частини і, якщо необхідно, перехідні

Зони також з'єднують формуванням замкненого кільця. Після цього штампуванням сегментують донну частину -І тіла основи.

Ідеальні розміри окремих частин електропровідних сегментів, зокрема, різні товщини стінок і о співвідношення цих частин, залежать від ряду змінних, що впливають на них. Однак, у випадку, коли площа о поперечного перетину перехідних частин, орієнтованих перпендикулярно до напрямку теплопотоку, є меншою 807о площі поперечного перерізу (також перпендикулярно до напрямку теплопотоку) контактних частин, це вже ве суттєво підвищує довговічність електричних з'єднань між електропровідними і вугільними сегментами. У

Ге особливо бажаному втіленні різниця між цими перетинами є ще більшою, а саме, площа поперечного перетину перехідних частин є меншою бОбо площі поперечного перетину контактних частин. Відстань від перехідних частин електропровідних сегментів до вугільних сегментів збільшується, якщо плоскі перехідні частини приєднуються до контактних частин у точках, віддалених від вугільних сегментів.

Інше бажане втілення винаходу відрізняється тим, що термінальні язички мають скоси на кінці. Такий скіс,

Ф) звернений у бік зовнішньої колової поверхні відповідного електропровідного сегмента, знижує площу контакту ка між термінальними язичками, зігнутими до електропровідних сегментів, і електропровідними сегментами поблизу місця з'єднання з вугільними сегментами. Це також знижує теплопередачу до електричних з'єднань у області бо Контактних зон між електропровідними і вугільними сегментами під час приварювання провідників роторної обмотки до електропровідних сегментів.

Металізацію вугільної оболонки згідно з винаходом можна проводити, використовуючи відомі способи гальванізації. Вугільну оболонку металізують по всій поверхні, як це було описано вище. Однак, металізацію вугільної оболонки можна також виконувати компактуванням під високим тиском металевих частинок, зокрема 65 порошку Си, можливо, с срібним покриттям, або порошку срібла, з подальшим відпалюванням.

Для підвищення надійності і довговічності барабанного комутатора винаходу вугільні сегменти і електропровідні сегменти закріплюються у тілі основи через анкерні частини, які простягаються усередину і заглиблюються у сформовані підрізи. Анкерні частини вугільних сегментів і анкерні частини електропровідних сегментів не обов'язково мають однаковий поперечний перетин. Насправді бажано, щоб анкерні частини електропровідних сегментів мали трохи менший поперечний перетин, ніж анкерні частини вугільних сегментів.

Оскільки радіальна внутрішня поверхня вугільного сегмента є металізованою, як це було описано вище, анкерні частини цих сегментів мають металеве покриття, яке у випадку металізації обох кінцевих поверхонь вугільної оболонки повністю покриває анкерні частини.

У особливо бажаному втіленні анкерні частини вугільних сегментів простягаються по всій аксіальній 7/0 довжині. На відміну від цього анкерні частини електропровідних сегментів можуть бути обмежені зоною, суміжною до контактних зон. Закріплення електропровідних сегментів у тілі основи може бути оптимізоване доданням зчеплювальних елементів у електропровідних сегментах. У Цьому випадку анкерні частини електропровідних сегментів входять у ці елементи, які мають, по суті, аксіальну орієнтацію. Бажано передбачити усередині додаткові зчеплювальні елементи на кінцевій поверхні електропровідної заготовки 7/5 поблизу електропровідних сегментів навпроти контактної зони.

Як можна бачити з наведеного опису, об'єктом винаходу є барабанний комутатор з не відомими раніше характеристиками. Зокрема, незважаючи на невеликі витрати на виготовлення, барабанний комутатор винаходу має дуже високу якість, зумовлену, зокрема, невеликими розмірами і високою стабільністю розмірів. Крім того, може бути спрощена конструкція пресувальної матриці. Електропровідна заготовка може мати безперервний

Контур усередині і назовні, що дозволяє розмістити її у материнській матриці.

Кращому розумінню особливостей, природи і переваг винаходу сприятиме наведений далі детальний опис з посиланнями на креслення, у яких:

Фіг.1 - аксонометричне зображення першого бажаного втілення барабанного комутатора винаходу,

Фіг.2 - повздовжній розріз барабанного комутатора Фіг.1, с

Фіг.3 - аксонометричне зображення електропровідної заготовки для виготовлення барабанного комутатора

Фіги, о

Фіг.4 - інше зображення електропровідної заготовки Фіг.3,

Фіг.5 - аксонометричне зображення вугільної оболонки, що використовується для виготовлення барабанного комутатора Фіг.1, Ге! зо Фіг.6 - інше зображення вугільної оболонки Фіг.5,

Фіг.7 - аксонометричне зображення з'єднаних паянням кінцями деталі, сформованої з електропровідної - заготовки Фіг.3, 4, і вугільної оболонки Фіг.5, 6, о

Фіг.8 - інше зображення деталі Фіг.7,

Фіг.9 - аксонометричне зображення другого бажаного втілення барабанного комутатора винаходу, -

Фіг.10 - повздовжній розріз барабанного комутатора Фіг.9 і ча

Фіг.11 - інший повздовжній розріз барабанного комутатора Фіг.9У у аксіальній площині, відмінній від площини Фіг.10.

Барабанний комутатор Фіг.1, 2 має тіло 1 основи, виготовлене пресуванням з ізоляційного матеріалу, вісім металевих електропровідних сегментів З, рівномірно розташованих навколо осі 2, і вісім вугільних сегментів 4, « кожний з яких приєднаний з збереженням електропровідності до електропровідного сегмента 3. Тіло 1 основи з с має центральний отвір 5. У цьому барабанний комутатор Фіг.1, 2 є схожим на описаний у ОЕ 3150505 А1 і тому далі основні особливості конструкції не розглядаються. з Як це описано детально далі, електропровідні сегменти З виготовлені з міді з електропровідної заготовки

Фіг.3, 4. Вони мають дві основні частини: термінальну частину б і контактну частину 7. Кожна термінальна частина має термінальний язичок 8, який слугує для електричного приєднання провідника обмотки до -І електропровідного сегмента 3. Ці язички можуть мати на кінці скіс у поверхні, радіально спрямований усередину готового барабанного комутатора поблизу відповідної термінальної частини 6 електропровідного сегмента 3. ве Для кращого закріплення електропровідного сегмента у тілі 1 основи передбачено зчеплювальний зуб 10, о який під кутом виходить з термінальної частини б кожного електропровідного сегмента. Радіальні внутрішні 5р поверхні контактної частини 7 сформовані як анкерні частини 11 з цією ж метою. У готовому барабанному ве комутаторі анкерні частини 11 заглиблено пресуванням у масу тіла 1 основи і простягаються у напрямку осі 2

Ге) комутатора, входячи у тіло 1 основи знизу. Від анкерних частин 11 відходять додаткові зчеплювальні зубці 12.

Контактні частини 7 електропровідного сегмента З всією поверхневою зоною спираються на контактні кінцеві поверхні 13 вугільних сегментів 4. Електричне з'єднання вугільних сегментів 4 з відповідними в електропровідними сегментами З здійснюється паянням.

Тіло 1 основи має плече 14, яке закриває вільні кінцеві поверхні 15 вугільних сегментів у радіально

Ф) внутрішній зоні, і на невелику відстань виступає за вугільні сегменти. Для прийому плеча 14 тіла 1 основи ка вільні кінцеві поверхні 15 вугільних сегментів мають ступінчасту форму.

Аксіальними розрізами 16 первісно цілісна вугільна оболонка у процесі виготовлення (див. Фіг.5, 6) бо розділяється на індивідуальні вугільні сегменти 4. Ці розрізи простягаються радіально у тіло 1 основи, внаслідок чого первісно цілісна вугільна оболонка розділяється на 8 вугільних сегментів, надійно ізольованих один від одного. У аксіальному напрямку ці. розрізи не простягаються на всю довжину барабанного комутатора і закінчуються поблизу контактної частини 17, де вугільні сегменти 4 з'єднуються з електропровідними сегментами 3. Цим утворюється кільцева замкнена правильна циліндрична поверхня 19, у якій чергуються зони пресованого 65 матеріалу тіла 1 основи і металу електропровідних сегментів З між кінцевими частинами 18 аксіальних розрізів 16 і термінальними язичками 8.

Фіг.3, 4 містять два аксонометричні зображення електропровідної заготовки, що використовується для виготовлення барабанного комутатора Фіг.1, 2. Деякі деталі цієї заготовки є зрозумілими з наведеного вище опису Фіг.1, 2. Однією з важливих особливостей електропровідної заготовки є її повністю замкнена трубчаста форма. Між кожними двома термінальними частинами 6 розташовано місток 20. Містки 20 і термінальні частини 6 електропровідних сегментів З мають однакову аксіальну протяжність і з'єднуються між собою по усій довжині.

Завдяки цьому замкнені кільцеві поверхні 21, 22, що складаються з кінцевих поверхонь електропровідних сегментів З і містків 20, що чергуються, утворюються на обох кінцевих поверхнях електропровідної заготовки.

Як уже відзначалось, цим забезпечується особливо щільне з'єднання пресованої маси і вугільної оболонки з цією /о заготовкою, а високі закриваючі зусилля, зумовлені дуже високим тиском при пресуванні, не призводять до руйнівних деформацій електропровідної заготовки.

З'єднання між містками 20 і електропровідними сегментами З при додержанні відповідних розмірів щілин 23 утворюють відносно тонкостінну структуру. Завдяки цьому містки 20 можуть бути видалені повністю або частково ударами або зрізанням у аксіальному напрямку однією операцією після виготовлення пресуванням тіла 1 основи. 7/5 Для цього відстань між радіально внутрішніми коловими поверхнями містків 20 і віссю 2 комутатора відповідає, по суті, відстані від радіально зовнішніх колових поверхонь термінальних частин 6 електропровідних сегментів

З до осі 2 комутатора. У процесі пресування тіла 1 основи щілини 23 заповнюються пресованим матеріалом і утворюють ребра 24 з цього матеріалу. Ці ребра 24 потім оголяються видаленням містків 20. Разом з радіально зовнішніми поверхнями електропровідних сегментів З радіально зовнішні поверхні ребер 24 утворюють кільцеву 2о замкнену правильну циліндричну поверхню, у якій зони пресованого матеріалу чергуються з металом, як це було описано.

Суттєві особливості вугільної оболонки (Фіг.5, 6) можна бачити з опису готового барабанного комутатора

Фіг.1, 2. Як можна бачити з Фіг.5, кінцева поверхня вугільної оболонки, яка має вільний кінець 25 барабанного комутатора, має ступінчасту форму. На відміну від цього на Фіг.б протилежні кінцеві поверхні заготовки є сч об плоскими. Саме до цієї кінцевої поверхні припаюють електропровідну заготовку. Колова поверхня 26 вугільної оболонки утворює щіткову контактну поверхню 27 барабанного комутатора. і)

Внутрішня колова поверхня вугільної оболонки має зубчасту форму, зумовлену тим, що анкерні частини 28 входять в неї радіально. Частини 28 простягаються на всю осьову довжину вугільної оболонки. У закінченому барабанному комутаторі анкерні частини 28 заглиблені у пресовану масу тіла 1 основи і простягаються у Ге! зо напрямку осі 2 комутатора, утворюючи нижню частину контакту анкерних частин 28 у тілі 1 основи.

Перед приєднанням вугільної оболонки (Фіг.5, 6) до електропровідної заготовки металізують як кінцеву - поверхню, спрямовану до зазначеної електропровідної заготовки, так і внутрішню колову поверхню, наприклад, о упресовуванням металевого порошку у поверхню з подальшим випалом або гальванізацією.

Барабанний комутатор Фіг.9, 10, 11 відрізняється від комутатора Фіг.1, 2, головним чином, модифікованою «

Зв структурою електропровідних сегментів 3", які утворюють по зовнішньому колу, суміжному з контактною частиною ї- 17, канавку, що простягається по коловому напрямку. Канавка 29 розділяє електропровідні сегменти З на три головні частини: термінальну частину 6, контактну частину 7 і перехідну частину З1, яка з'єднує контактну і термінальну частини 7, 6. У цьому прикладі перехідна частина розташована під кутом до осі 2 комутатора.

Розміри цих трьох частин електропровідного сегмента 3 мають велике значення. В той час, як товщина (у « радіальному напрямку) термінальних частин 6' і товщина (в осьовому напрямку) контактних частин / є значними, де с поперечний переріз перехідних частин 31 (у напрямку перпендикулярно до напрямку теплового потоку у . електропровідній заготовці) є малою, тобто перехідні частини 31 мають тонкостінну структуру і створюють и? тепловий опір. Перехідні частини 31 з'єднані з контактними частинами 7 у точках, віддалених від вугільних сегментів 4, тобто, з одного боку, не існує контакту між термінальними і перехідними частинами 6, 31 електропровідного сегмента З і, з іншого боку, з вугільними сегментами 4". -І Перед пресуванням тіла 1 основи первісну плоску кінцеву поверхню, що належить до вугільної оболонки і дивиться на електропровідну заготовку, повертають у станку для зняття поверхневої металізації, початково ве утвореної від радіально зовнішньої кільцевої зони, і формування сходинки 32. На цій стадії ребро 30 з о пресованого матеріалу, утворене при пресуванні тіла 1 основи, проходить не лише у канавку 29 5р електропровідної заготовки, але й у відповідну сходинку 32 вугільної оболонки. Зона електричного з'єднання ве між електропровідними сегментами З і вугільними сегментами 4 обмежується радіально внутрішньою зоною, у

Ге) якій контактують між собою анкерні частини 11 електропровідних сегментів З і анкерні частини 28 вугільних сегментів 4.

Слід відзначити, що у барабанному комутаторі Фіг.1, 2 плече 14 тіла основи закриває кінцеву поверхню 15 ов Вугільних сегментів барабанного комутатора, ілюстрованого Фіг.9, 10, 11, лише у радіально внутрішній зоні. У кільцевій зоні 33 і зоні щіткової контактної поверхні 27 первісна поверхнева металізація була зчищена на

Ф) станку. Пресована матриця для виготовлення тіла 1 основи щільно спирається на кінцеву поверхню вугільної ка оболонки у кільцевій зоні 33.

Claims (21)

60 Формула винаходу

1. Спосіб виготовлення барабанного комутатора, який має бочкоподібне тіло (1) основи, виготовлене з ізолюючого пресувального матеріалу, сукупність металевих електропровідних сегментів (З, 3) і таку ж 65 кількість вугільних сегментів (4), електрично приєднаних до електропровідних сегментів (3, 3), який включає операції:

- виготовлення металевої електропровідної заготовки, що включає сукупність електропровідних сегментів, кожні два яких, суміжні один з одним, з'єднують між собою містком (20), причому відстань від радіальних внутрішніх поверхонь містків (20) до осі (2) комутатора, по суті, відповідає відстані від радіальних зовнішніх поверхонь електропровідних сегментів (3, 3) до осі (2) комутатора; - виготовлення вугільної оболонки з суттєво правильною циліндричною зовнішньою поверхнею (26), причому щонайменше радіальну внутрішню поверхню і одну аксіальну кінцеву поверхню вугільної оболонки металізують; - з'єднання електропровідної заготовки з вугільною оболонкою в аксіальному напрямку для формування електропровідних зон (17) між електропровідними сегментами (3, 3) і металізованою кінцевою поверхнею 70 вугільної оболонки; - перетворення тіла (1) основи з ізолюючого пресувального матеріалу пресуванням у композитну деталь, яка включає електропровідну заготовку і вугільну оболонку, у пресувальній матриці, причому металізовану радіальну внутрішню поверхню вугільної оболонки покривають пресувальним матеріалом; - видалення містків (20) з формуванням кільцевої замкненої суттєво правильної циліндричної поверхні (19) 7/5 З почерговими зонами пресованого матеріалу і металу; - формування вугільних сегментів (4) аксіальними розрізами (16) вугільної оболонки, які у радіальному напрямку досягають тіла (1) основи і проходять в аксіальних площинах, розташованих між кожними двома електропровідними сегментами, причому щонайменше частково зберігається кільцева замкнена суттєво правильна циліндрична поверхня (19) з почерговими зонами пресованого матеріалу і металу.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що розрізи (16) які розділяють вугільну оболонку на вугільні сегменти (4), виконують лише через вугілля і пресований компаунд, але не через метал електропровідної заготовки або електропровідних сегментів (3, 3.

З. Спосіб за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що електропровідні сегменти (3, 3) забезпечують радіально спрямованими термінальними язичками (8), причому містки (20), що простягаються по всій аксіальній сч довжині електропровідної заготовки, щонайменше частково видаляють зрізанням у осьовому напрямку.

4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що електричне з'єднання між електропровідними (8) сегментами (3, 3) і вугільною оболонкою здійснюють паянням, причому це з'єднання обмежується радіальними внутрішніми зонами кінцевих поверхонь електропровідних сегментів (3.

5. Спосіб за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що всю поверхню вугільної оболонки металізують і Ге! зо щонайменше радіальну зовнішню поверхню вугільної оболонки піддають механічній обробці, щоб оголити металізовану поверхню після з'єднання електропровідної заготовки з вугільною оболонкою, зокрема, після - пресування тіла основи. о б.

Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що після з'єднання вугільної оболонки з електропровідною заготовкою і, зокрема, перед виготовленням пресуванням тіла основи, її піддають механічній обробці, щоб « Зв ОГгОЛИТИ металізовану поверхню у зовнішній кільцевій зоні обох кінцевих поверхонь. ї-

7. Спосіб за будь-яким з пп. 1-6, який відрізняється тим, що після з'єднання електропровідної заготовки з вугільною оболонкою і, зокрема, перед виготовленням пресуванням тіла основи, у вугільній оболонці поблизу електропровідної заготовки механічною обробкою створюють відкриту назовні кільцеву щілину.

8. Спосіб за будь-яким з пп. 1-7, який відрізняється тим, що половини прес-форми, що використовується для « Виготовлення пресуванням тіла основи, щільно спираються на дві замкнені по кільцю ущільнювальні поверхні, з с розташовані одна навпроти одної, одна з яких знаходиться на вільній кінцевій поверхні електропровідної заготовки, а інша - на вільній кінцевій поверхні вугільної оболонки. ;»

9. Барабанний комутатор, який має бочкоподібне тіло (1) основи, виготовлене з ізолюючого пресувального матеріалу, сукупність металевих електропровідних сегментів (3, 3) з розташованими на них термінальними яЗичКками (8), і таку ж кількість вугільних сегментів (4), електрично приєднаних до електропровідних сегментів - (3, 3), який відрізняється тим, що кільцева замкнена суттєво правильна циліндрична поверхня (19) з почерговими ве зонами пресованого матеріалу і металу розташована суміжно з термінальними язичками (8), а внутрішня о поверхня, що належить до вугільних сегментів (4), металізована і з'єднана з тілом основи.

10. Барабанний комутатор за п. 9, який відрізняється тим, що електропровідні сегменти (3, 3) повністю о заглиблені у пресований компаунд в коловому напрямку таким чином, що метал електропровідних сегментів (3, Ге) 3) не оголений у розділяючих розрізах (16), які утворюють повітряні проміжки, що ізолюють вугільні сегменти (4) один від одного.

11. Барабанний комутатор за п. 9 або п. 10, який відрізняється тим, що вугільні сегменти (4) і ов електропровідні сегменти (3, 3) мають анкерні частини (28, 11), які простягаються радіально усередину і заглиблені у тіло (1) основи з формуванням підрізів. Ф)

12. Барабанний комутатор за п. 11, який відрізняється тим, що вугільні сегменти і електропровідні сегменти ка мають один з одним електричне з'єднання лише у зоні анкерних частин, розташованих одна навпроти одної.

13. Барабанний комутатор за будь-яким з пп. 9-12, який відрізняється тим, що кожний електропровідний бо сегмент (3) має товстостінну термінальну частину (6) з термінальним язичком (8), товстостінну контактну частину (7), що контактує з відповідним вугільним сегментом (4), і тонкостінну частину (31), розташовану між термінальною частиною (6) і контактною частиною (7).

14. Барабанний комутатор за п. 13, який відрізняється тим, що перехідні частини мають, по суті, радіальну орієнтацію відносно осі (2) комутатора. 65

15. Барабанний комутатор за п. 13, який відрізняється тим, що перехідні частини мають орієнтацію під кутом до осі (2) комутатора.

16. Барабанний комутатор за будь-яким з пп. 13 - 15, який відрізняється тим, що між термінальною частиною (6) електропровідних сегментів (3) і вугільними сегментами (4) знаходяться відповідні ребра (30) з пресованого матеріалу.

17. Барабанний комутатор за п. 16, який відрізняється тим, що аксіальна товщина ребра (30) з пресованого матеріалу становить щонайменше 0,5 мм.

18. Барабанний комутатор за будь-яким з пп. 9-17, який відрізняється тим, що термінальні язички (8) мають на кінцях скіс, обернений у бік зовнішніх колових поверхонь електропровідних сегментів (3, 3).

19. Барабанний комутатор за будь-яким з пп. 13-18, який відрізняється тим, що розташовані у контактній 7/0 Зоні (17) одна навпроти одної кінцеві поверхні електропровідних сегментів (З, 3) і вугільних сегментів (4) є плоскими.

20. Барабанний комутатор за будь-яким з пп. 9-19, який відрізняється тим, що кінцеві поверхні (25) вугільних сегментів, на боці електропровідних сегментів (3, 3), закриті у радіальній внутрішній зоні плечем (14) тіла (1) основи.

21. Барабанний комутатор за п. 20, який відрізняється тим, що плече (14) тіла (1) основи виступає у аксіальному напрямку за кінцеву поверхню вугільних сегментів (4). с (8) (22) « «в) « і - -

с . и? -І щ» («в) щ» 3е) Ф) іме) 60 б5