Плоский коллектор и способ изготовления плоского коллектора
Изобретение относится к области электротехники, в частности к угольным плоским штекерным (разъемным) коллекторам, а также к способам их изготовления. Плоский коллектор (101) содержит корпус (102) из электрически изолирующего материала, множество подключающих сегментов (108) из электропроводящего материала для подключения, по меньшей мере, одного конца катушечной обмотки, а также множество сегментов (112) рабочей поверхности, которые образуют рабочую поверхность (14) плоского коллектора (101), причем сегменты (112) рабочей поверхности соединены с подключающими сегментами (108) механически прочно и электропроводящим образом, а корпус (102) и/или подключающие сегменты (108) выполнены цельно, причем корпус (102) заготовлен заранее и имеет отверстия (118), в которые вставлены подключающие сегменты (108), отличается тем, что корпус (102) в области отверстий (118) имеет относительно установленных подключающих сегментов (108), по меньшей мере, на отдельных участках избыточный размер и что подключающие сегменты (108) закреплены за счет зажимающего действия корпуса (102), причем зажимающее действие вызвано имеющим место, по меньшей мере, на отдельных участках избыточным размером корпуса (102) относительно подключающего сегмента (108), а также способ изготовления плоского коллектора. Технический результат - обеспечение достаточной стойкости коллекторов в активной среде при одновременном достижении их экономичности. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 15 ил.
Область техники
Изобретение относится к плоскому коллектору, в особенности к угольному плоскому штекерному (разъемному) коллектору, а также к способу изготовления такого плоского коллектора.
Плоские коллекторы подобного типа используются, например, для топливных насосов. Изготовленные обычно из меди или содержащие медь электропроводящие подключающие сегменты не обладают в этой среде стойкостью, требуемой для длительной эксплуатации. По этой причине для рабочей поверхности плоского коллектора используются сегменты рабочей поверхности, которые имеют более высокую стойкость по отношению к среде, окружающей плоский коллектор.
Уровень техники
Подобные плоские коллекторы известны, например, из патентного документа WO 97/03486 А1. При этом тело, образующее втулку для коллектора, выполнено из электрически изолирующего материала на проводящей заготовке, образующей подключающие сегменты. Для этого проводящая заготовка кладется в соответствующую форму, в которой происходит формовка с помощью массы, образующей корпус. Затем кольцевая шайба из углерода, образующая сегменты рабочей поверхности, припаивается к проводящей заготовке и затем разделяется на сегменты рабочей поверхности. Изготовленные таким образом плоские коллекторы соответствуют высоким требованиям к качеству, однако способ изготовления при этом требует больших затрат.
Из патентного документа DE 19926900 А1 известен способ изготовления плоского коллектора, в котором открытые за счет разделения корпуса поверхности металлических сегментных несущих частей покрываются слоем вещества, стойкого к топливу.
Из патентного документа ЕР 1363365 А1 известен коллектор по ограничительной части п.1 формулы изобретения. Подключающие сегменты имеют подключающий участок для подключения конца катушечной обмотки и контактный участок для электрического соединения с сегментом контактной, т.е. рабочей, поверхности. После того, как подключающие сегменты вставлены в корпус, подключающие участки отгибаются под прямым углом и параллельно к плоскости рабочей поверхности. Затем на отогнутые подключающие участки устанавливается углеродосодержащая пластина, которую разделяют путем разрезания и, тем самым, образуются сегменты рабочей поверхности. Углеродосодержащая шайба составлена из двух слоев, которые соединены друг с другом посредством холодной штамповки. Первый, соответствующий подключающим сегментам, слой содержит связующее вещество. При нанесении на подключающие сегменты под воздействием тепла связующее вещество размягчается, и первый слой под одновременным воздействием давления течет в отверстия подключающих сегментов и корпуса и, тем самым, закрепляет углеродосодержащую шайбу на корпусе.
Раскрытие изобретения
Таким образом, в основе изобретения лежит задача создать плоский коллектор и соответствующий способ его изготовления, которые преодолели бы недостатки, известные из уровня техники, были бы особенно экономичными и, тем не менее, гарантировали бы достаточную стойкость изготовленных коллекторов в активной среде.
Проблема решена в плоском коллекторе по п.1 формулы изобретения, а также в способе изготовления плоского коллектора. Особые варианты реализации изобретения указаны в зависимых пунктах.
В плоских коллекторах, в отличие от так называемых барабанных коллекторов, рабочая контактная поверхность для коллекторных щеток образуется плоской торцевой поверхностью. В соответствии с этим конструкция плоских коллекторов отличается от конструкции барабанных коллекторов.
Плоский коллектор по настоящему изобретению имеет сердечник или корпус (далее называемый корпусом) из электрически изолирующего материала, например из термореактивной пластмассы. На корпусе расположено множество подключающих сегментов, которые предусмотрены для подключения, по меньшей мере, одного конца катушечной обмотки, например ротора электродвигателя, и которые выполнены из материала с хорошими электропроводящими свойствами, например из меди или из медного сплава. Для повышения стойкости рабочей поверхности коллектора к воздействию среды, окружающей коллектор, плоский коллектор имеет, кроме того, множество сегментов контактной или рабочей поверхности (далее называемых сегментами рабочей поверхности). Эти сегменты рабочей поверхности совместно образуют плоскую контактную или рабочую поверхность (далее называемую рабочей поверхностью) плоского коллектора, причем количество сегментов рабочей поверхности, как правило, соответствует количеству подключающих сегментов, в особенности в точности равно ему или же составляет целочисленную дробь или целочисленное кратное от него.
В соответствии с изобретением корпус имеет отверстия, в которые вставлены подключающие сегменты. Особенность заключается в том, что перед тем как вставляются подключающие сегменты, корпус представляет собой отдельный элемент с отверстиями, в которые вставляются подключающие сегменты. За счет этого корпус может быть изготовлен упрощенно и с высокоточным соблюдением размеров, например, также с помощью технологии литья под давлением. В особенности становится ненужной очень затратное с технологической точки зрения экструзионное нанесение подключающих сегментов при формировании корпуса.
Корпус выполнен предпочтительно цельно и формирует, в особенности, отверстия для вставки подключающих сегментов, поверхности прилегания для заранее изготовленных сегментов рабочей поверхности, а также поверхности прилегания для тех участков подключающих сегментов, к которым подключается катушечная обмотка. Также подключающие сегменты выполнены предпочтительно цельно, в особенности подключающие сегменты цельно образуют как контактные поверхности, обращенные к сегментам рабочих поверхностей, так и подключающие поверхности для катушечной обмотки.
За счет того, что подключающие сегменты выполнены с возможностью установки в корпус, гарантируются многочисленные преимущества. Так, например, отпадает требование изготовления проводящей заготовки, образующей подключающие сегменты. Кроме того, такую проводящую заготовку не нужно больше подавать к устройству литья под давлением для экструзионного формирования корпуса.
Далее, предпочтительным является тот вариант, когда подключающие сегменты более не окружены по всей поверхности прессованным материалом, образующим корпус, и, таким образом, различные тепловые коэффициенты расширения материала подключающих сегментов и материала корпуса более не вызывают термически наведенных напряжений.
Сегменты рабочей поверхности соединены с подключающими сегментами механически прочно и электропроводящим образом. Это соединение может выполняться, например, за счет мягкого припоя, твердого припоя или также за счет клея. Сегменты рабочей поверхности могут при этом быть закреплены по отдельности на соответствующих подключающих сегментах или в соединении друг с другом, например, в виде диска или кольца на подключающих сегментах и затем разделены с помощью разрезания. За счет механически прочного соединения с сегментами рабочей поверхности подключающие сегменты механически закреплены на плоском коллекторе.
Подключающие сегменты могут быть закреплены только за счет зажимающего действия корпуса, причем это зажимающее действие может быть вызвано, по меньшей мере, частичным превышением размера корпуса относительно подключающего сегмента, т.е. обеспечением натяга между корпусом и подключающим сегментом. При необходимости крепление подключающих сегментов на корпусе может быть улучшено также за счет дополнительного соединительного средства, например за счет клея. Во всяком случае, за счет соединения сегментов рабочей поверхности с подключающими сегментами происходит дальнейшее улучшение крепления сегментов на корпусе в направлении нагрузки во время эксплуатации плоского коллектора.
Сегменты рабочей поверхности имеют относительно подключающих сегментов, в особенности относительно конца подключающих сегментов, обращенного к сегментам рабочей поверхности, выступ, проходящий наклонно или поперек к направлению, в котором устанавливаются подключающие сегменты. С помощью этого выступа соединение из сегмента рабочей поверхности и подключающего сегмента закреплено на корпусе. Благодаря этому соединение особо устойчиво к сдвигу в направлении, в котором устанавливаются подключающие сегменты.
Выступ может быть выполнен, по меньшей мере, частично также за счет соединительного средства, которое соединяет сегмент рабочей поверхности с подключающим сегментом, например за счет припоя. Предпочтительно сегменты рабочей поверхности прилегают в области выступа, по меньшей мере, частично к корпусу, и, таким образом, сам корпус образует опору для осевой фиксации подключающих сегментов.
Отверстия в корпусе для приема (установки) подключающих сегментов проходят, по меньшей мере, частично, параллельно одной оси корпуса, предпочтительно отверстия проходят параллельно продольной оси корпуса, которая предпочтительно совпадает с осью вращения плоского коллектора. Отверстия в корпусе, по меньшей мере, на отдельных участках открыты в направлении к окружной поверхности плоского коллектора, в особенности на участке, на котором подключающий сегмент образует предпочтительно радиально отстоящее подключающее средство для подключения катушечной обмотки. В альтернативном варианте реализации отверстия для приема (установки) подключающих сегментов проходят в радиальном или тангенциальном направлении относительно корпуса.
В области концов подключающих сегментов, обращенных к сегментам рабочей поверхности, отверстия в корпусе имеют расширение. Это расширение образует предпочтительно приемное пространство для соединительного средства, например припоя или клея, для соединения подключающих сегментов с сегментами рабочей поверхности. После отверждения соединительное средство образует предпочтительно само, в особенности в соединении с соответствующим сегментом рабочей поверхности, крепление подключающего сегмента на корпусе.
Это имеет место особенно тогда, когда соединительное средство расширяется воронкообразно в области перехода от подключающего сегмента к соответствующему сегменту рабочей поверхности по причине действующих поверхностных напряжений, как это, например, имеет место в случае паянных и клеевых соединений. Также за счет этого создается надежное препятствие входу среды, окружающей плоский коллектор, в область подключающих сегментов, и, тем самым, подключающие сегменты защищаются от коррозии.
Особенно преимущественным в этой связи является то, что подключающие сегменты в смонтированном состоянии вдаются своими концами, обращенными к сегментам рабочей поверхности, внутрь области расширения. В этом случае соединительное средство может входить в подключающий сегмент не только в осевом направлении, но и охватывать его также по окружности, по меньшей мере, частично, вследствие чего улучшается соединение. За счет этого само соединительное средство может образовать определенный вид анкерной связи и предохранять подключающий сегмент от осевого сдвига.
Подключающие сегменты имеют верхний участок и нижний участок, которые соединены друг с другом с помощью соединительного участка. Соответствующее отверстие в корпусе имеет, по меньшей мере, на отдельных участках, избыточный размер, например, таким образом, что лежащая между верхним участком и нижним участком часть корпуса подвергается сжимающему напряжению, и/или - в зависимости от выбора размеров подключающих сегментов - соединительный участок подключающего сегмента будет подвергнут растяжению. При этом особенно преимущественным является тот вариант, когда прилегающие к корпусу, как правило лежащие друг напротив друга, поверхности верхнего участка и нижнего участка образуют угол менее 90°, так как в этом случае напряжения, возникающие в корпусе по причине зажима подключающего сегмента, значительно компенсируются. В особенности эти напряжения проходят, по существу, в радиальном направлении относительно продольной оси плоского коллектора, и, за счет этого, плоский коллектор имеет стабильность корпуса также при длительной эксплуатации под высокой нагрузкой.
Подключающие сегменты выполнены при этом в виде одинаковых деталей, в особенности в виде деталей, выполненных штамповкой выдавливанием или ударной штамповкой, или же, в простейшем случае, они изготавливаются путем разрезания соответствующего профиля. Учитывая согласование геометрических размеров подключающего сегмента относительно соответствующего отверстия в корпусе, особо предпочтительным при этом является то, что точная подстройка этих габаритов подключающего сегмента может быть с небольшими затратами достигнута за счет настройки штампующего инструмента. За счет этого снижаются требования к точному соблюдению размеров корпуса, что существенно упрощает способ его изготовления.
Подключающие сегменты могут иметь покрытие, по меньшей мере, в области соединения с сегментами рабочей поверхности. Материал покрытия предпочтительно подобран к материалу соединительного средства, например подключающие сегменты в случае паяного соединения покрыты, по меньшей мере, в области соединения с сегментами рабочей поверхности, как правило по всей поверхности, оловом или веществом, соответствующим слою припоя.
Сегменты рабочей поверхности выполнены из вещества, которое более устойчиво к среде, окружающей плоский коллектор, чем подключающие сегменты. Предпочтительным образом материал сегментов рабочей поверхности содержит углерод, причем может быть использован как так называемый уголь мягкого обжига, так и спеченный графит. Предпочтительно сегменты рабочей поверхности имеют, во всяком случае, на своих участках, обращенных к подключающим сегментам, покрытие, за счет которого происходит дальнейшее улучшение соединения.
Изобретение относится также к способу изготовления плоского коллектора, в котором корпус отдельно изготавливается из электрически изолированного материала, так же как и подключающие сегменты, которые вставляются в отверстия корпуса. Затем происходит крепление сегментов рабочей поверхности, которые образуют рабочую поверхность плоского коллектора. Сегменты рабочей поверхности могут при этом иметься по отдельности и крепиться на соответствующем подключающем сегменте по отдельности или быть прикреплены к подключающим сегментам в соединении друг с другом, например в форме кольцевой шайбы, а затем быть разделены посредством разрезания.
Другие преимущества, признаки и особенности изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения, а также из нижеследующего описания, в котором со ссылкой на чертежи подробно описано множество вариантов реализации. При этом признаки, указанные в пунктах формулы и в описании, могут представлять собой изобретения по отдельности или в любой комбинации друг с другом.
Краткий перечень чертежей
Фиг.1 показывает поперечное сечение известного из уровня техники плоского коллектора.
Фиг.2 показывает поперечное сечение плоского коллектора по настоящему изобретению.
Фиг.3 показывает плоский коллектор, вид сверху.
Фиг.4 показывает вид сбоку плоского коллектора по настоящему изобретению.
Фиг.5 показывает разрез по первому варианту реализации соединения между подключающим сегментом и сегментом рабочей поверхности.
Фиг.6 показывает разрез по второму варианту реализации соединения между подключающим сегментом и сегментом рабочей поверхности.
Фиг.7 показывает разрез по третьему варианту реализации соединения между подключающим сегментом и сегментом рабочей поверхности.
Фиг.8 показывает аксонометрическую проекцию второго варианта реализации корпуса.
Фиг.9 показывает вид сверху особого варианта реализации сегментов рабочей поверхности.
Фиг.10 показывает разрез по Х-Х на фиг.9.
Фиг.11 показывает второй вариант реализации плоского коллектора, вид сбоку.
Фиг.12 показывает вид сверху плоского коллектора на фиг.11.
Фиг.13 показывает плоский коллектор на фиг.11 в смонтированном состоянии, вид сбоку.
Фиг.14 показывает вид сверху плоского коллектора на фиг.13.
Фиг.15 показывает другой вариант реализации корпуса 502.
Осуществление изобретения
Фиг.1 показывает поперечное сечение известного из уровня техники плоского коллектора. Плоский коллектор 1 имеет корпус 2 из электрически изолирующего материала. Корпус 2 имеет продольную ось 4, которая совпадает также с осью вращения плоского коллектора 1. В особенности, плоский коллектор 1 может быть осесимметричным относительно продольной оси 4. В области продольной оси 4 плоский коллектор 1, в особенности корпус 2, образует отверстие 6 для прохождения оси электродвигателя.
Корпус 2 приформован к подключающим сегментам 8, которые радиально с внешней стороны имеют отогнутый крюк 10 для подключения, по меньшей мере, одного конца катушечной обмотки. Рабочая поверхность 14 плоского коллектора 1 образована сегментами 12 рабочей поверхности, которые соединены с подключающими сегментами 8 механически прочно и электропроводящим образом. Совокупность сегментов 12 рабочей поверхности, которые расположены предпочтительно равномерно по окружности вокруг продольной оси 4, образует плоскую рабочую поверхность 14 плоского коллектора 1. Подключающие сегменты 8 образуют радиально с внешней стороны охватывающую поверхность 16, от которой отогнуты крюки 10. Другие особенности плоского коллектора 1 берутся из патента WO 97/03486 А1.
Фиг.2 показывает поперечное сечение плоского коллектора по настоящему изобретению, причем это поперечное сечение получается при разрезе по линии II-II на фиг.1. Подключающие сегменты 108 имеют верхний участок 108а и нижний участок 108с, которые соединены друг с другом с помощью соединительного участка 108b. На фиг.2 представлена область (непоказанного) сегмента рабочей поверхности, который по своему контуру приблизительно совпадает с разрезанной поверхностью корпуса 102. Корпус 102 имеет множество расположенных равномерно по окружности отверстий 118, в которые вставляются подключающие сегменты 108. При этом установка происходит предпочтительно в направлении, параллельном продольной оси плоского коллектора 101, которая проходит перпендикулярно плоскости чертежа фиг.2.
В области верхнего участка 108а отверстие 118 имеет в окружном направлении избыточный размер, т.е. образуется натяг. За счет этого надежно предотвращается то, что по причине допусков при изготовлении может возникнуть заниженный размер отверстия 118, вследствие чего на корпус 102 будут направлены проходящие в окружном направлении сжимающие напряжения, которые могут привести к проблемам относительно длительной устойчивости формы корпуса 102. Аналогичное имеет место и для отверстия 118 в области нижнего участка 108с; также и здесь отверстие 118 имеет, особенно в окружном направлении, избыточный размер относительно габаритов нижней части 108с.
Отверстие 118 имеет из-за его радиальной протяженности на участке между поверхностью прилегания для направленной радиально внутрь области верхнего участка 108а и областью прилегания для направленной радиально наружу области нижнего участка 108с избыточный размер относительно радиальной протяженности соединительного участка 108b. Таким образом, в этих областях подключающий сегмент 108 прилегает к образованным за счет отверстия 118 поверхностям прилегания и в особенности на этих поверхностях происходит приложение сил, обозначенных на фиг.2 стрелкой 120.
За счет этого избыточного размера отверстия 118 возникает воздействие сжимающих усилий на корпус 102 в области соединительного участка 108b. Причина этих сжимающих усилий заключается в растягивающих напряжениях в соединительном участке 108b, чья протяженность в окружном направлении меньше, чем соответствующая протяженность верхнего участка 108а и нижнего участка 108с. В соответствии с этим возникает эластичное растяжение соединительного участка 108b в радиальном направлении. Подключающий сегмент 108 действует при этом как аккумулятор энергии. Растяжение происходит при этом предпочтительно еще в пределах границы эластичности подключающего сегмента 108, например на величину от 5 до 50 мкм. В остальном, отверстие 118 имеет в области соединительного участка 108b в окружном направлении избыточный размер, и, таким образом, также на этом участке никакие силы сжатия в окружном направлении не воздействуют на корпус 102.
Угол 122, заключенный между обращенными друг к другу торцевыми сторонами радиально внешней области нижнего участка 108с и радиально внутренней области верхнего участка 108а, составляет менее 90°, предпочтительно между 30° и 60°, в особенности примерно 50°, а в представленном варианте реализации между 4° и 30°, в особенности примерно 15°. За счет того что угол является острым, гарантируется то что сжимающие усилия, которые воздействуют на корпус 102 вследствие растяжения соединительного участка 108b от подключающего сегмента 108, по существу, взаимно компенсируются, в особенности остается пренебрежимо малая результирующая сжимающая составляющая в окружном направлении.
Таким образом, в плоском коллекторе 101 по настоящему изобретению подключающие сегменты 108 и корпус 102 соединяются вместе, по существу, нейтрально в отношении напряжений. Возникающие в процессе установки сегментов силы, которые приводят к уже эффективному зажатию и, тем самым, к фиксации подключающих сегментов 108 в корпусе 102, предпочтительно взаимно компенсируются. В особенности не остается результирующих сил, которые действуют в окружном направлении и/или действуют радиально наружу, и, таким образом, плоский коллектор 101 в течение долгого времени надежно сохраняет устойчивость своей формы также в тяжелых условиях применения, как, например при повышенной температуре.
Предпочтительно это достигается также за счет того, что каждый участок подключающего сегмента 108 подвергается растяжению и служит в качестве упругоэластично деформируемого элемента. Подключающие сегменты 108 вставляются при этом предпочтительно в осевом направлении в корпус 102, причем установка возможна в принципе с обеих торцевых сторон корпуса 102. Однако во многих случаях предпочтительна установка со стороны корпуса 102, обращенной от сегментов 112 рабочей поверхности. Профилирование подключающих сегментов 108 способствует при этом автоматическому центрированию подключающих сегментов 108 в корпусе 102, и, таким образом, ввод и установка подключающих сегментов 108 может быть очень хорошо автоматизирована.
Кроме того, возможно вставлять подключающие сегменты 108 до упора, в особенности до контропоры, выполненной с возможностью позиционирования относительно корпуса 102. При этом для крепления подключающих сегментов 108 на корпусе 102 преимущественным будет, если упор, например, выполнен в виде стержня и прилегает к центральной области нижнего участка 108с и там за счет усилия вставления или нажимного усилия при установке способствует распиранию нижнего участка 108.
В области, охваченной на фиг.2 пунктирным контуром 124, корпус 102 вблизи обращенного к сегментам 112 рабочей поверхности конца подключающих сегментов 108 образует расширение, которое может служить для приема соединительного средства для соединения подключающего сегмента 108 и сегмента 112 рабочей поверхности.
Фиг.3 показывает вид плоского коллектора 101 сверху, в особенности корпуса 102, причем - в соответствии с фиг.2 - подключающий сегмент 108 вставлен только в одно отверстие 118, находящееся в положении «три часа». Остальные, в общей сложности восемь отверстий 118, в представленном виде плоского коллектора 101 еще не оснащены подключающими сегментами 108. Сегменты 112 рабочей поверхности также еще не установлены, однако их контур обозначен пунктирными линиями 126. Верхние участки 108а проходят своими радиально внешними контурами в соответствии с внешним контуром корпуса 102 и, тем самым, на отдельных местах образуют расположенные заподлицо окружные поверхности 116 плоского коллектора 101.
Фиг.4 показывает вид сбоку плоского коллектора 101 по настоящему изобретению, а именно в нижней половине чертежа - вид спереди, а в верхней половине чертежа - частично в поперечном сечении. Представленный в верхней половине чертежа подключающий сегмент 108 вставлен в корпус 102 с зажимом. В представленном виде верхний участок 108a образует цельновставное или пластинчатое подключение 108d для соединения, по меньшей мере, с одной катушечной обмоткой. Вместо представленного вставного или пластинчатого подключения 108d верхний участок 108a в этой области может быть загнут также в виде крюка (ср. фиг.1), или иметь срезное соединение, разрезающее изоляцию подключающей обмотки катушки, или также паянное соединение для припаивания катушечной обмотки. Как для возможного сгибания, так и для крепления подключающей обмотки катушки является преимущественным, когда подключающий сегмент 108 уже в представленном виде достаточно прочно соединен с корпусом 102.
В области обращенного к сегменту 112 рабочей поверхности конца подключающего сегмента 108 отверстие 118 в корпусе 102 имеет первое расширение 124 и второе расширение 128. Второе расширение 128 служит при этом для размещения в нем сегментов 112 рабочей поверхности, причем в случае необходимости это может производиться также с геометрическим замыканием. В случае, когда, например, сегменты 112 рабочей поверхности соединены друг с другом, это расширение может быть выполнено в форме круглой шайбы, также в круглом втором расширении 128.
В противоположность этому, первое расширение 124 предусмотрено предпочтительно индивидуально к каждому подключающему сегменту 108 и может быть выполнено, например, круглым. Пространство, радиально ограниченное первым расширением 124, может образовывать приемное пространство для соединительного средства для соединения подключающего сегмента 108 с сегментом 112 рабочей поверхности. Особенно преимущественным в этой связи является тот вариант, когда подключающий сегмент 108 входит в область первого расширения 124 в осевом направлении, т.е. в направлении, параллельном продольной оси 104, своим концом, обращенным к сегменту 112 рабочей поверхности. В этом случае соединительное средство может прилегать к осевой торцевой стороне подключающего сегмента 108 не только поверхностным образом, но и охватывать его как крышка и, сверх того, способствовать дополнительному уплотнению между подключающим сегментом 108 и корпусом 102. Подключающий сегмент 108 имеет предпочтительно на своем конце, обращенном к сегменту рабочей поверхности, покрытие, улучшающее механическое соединение и/или электрический контакт.
За счет радиального выступа сегмента 112 рабочей поверхности относительно подключающего сегмента 108 такое расположение создает после соединения надежную фиксацию на корпусе 102 в виде крепления, в особенности против сил, действующих в осевом направлении. Эта фиксация улучшена еще и за счет того, что сегмент 112 рабочей поверхности, по меньшей мере, участками, предпочтительно плоским образом, прилегает к корпусу 102.
Сегменты рабочей поверхности могут быть многослойными, в особенности перед сегментированием могут быть в виде многослойной шайбы. Многослойная шайба может иметь угольный слой, образующий рабочую поверхность, или углеродосодержащий слой, а также обращенный к подключающим сегментам другой слой, который имеет, по меньшей мере, одну металлическую составную часть, например медь, олово, латунь или сплавы. Другой слой служит при этом в особенности для улучшения электрического и/или механического соединения с подключающими сегментами. Многослойная шайба может быть изготовлена с помощью процесса агломерации. Альтернативно этому, после процесса формовки может производиться покрытие шайбы.
Фиг.5 показывает разрез по первому варианту реализации соединения между подключающим сегментом 108 и сегментом 112 рабочей поверхности. Особенность этого первого варианта реализации состоит, среди прочего, в том, что подключающий сегмент 108 при вставлении в корпус 102 прижимается к упору, опоре, шипу и т.п. Таким образом, получается проходящий в первое расширение 124 выступ, в особенности радиальный выступ, который обеспечивает надежное осевое крепление подключающего сегмента 108 в корпусе 102, в особенности благодаря зацеплению подключающего сегмента в образованном за счет первого расширения 124 поднутрении.
За счет механически прочного и электропроводящего соединения подключающего сегмента 108 с сегментом 112 рабочей поверхности это крепление еще более усиливается, причем в представленном первом варианте реализации это соединение происходит благодаря электропроводящему клеевому слою 130. При этом клеевой слой 130 прилегает не только к торцевой поверхности подключающего сегмента 108 и к соответствующей торцевой поверхности сегмента 112 рабочей поверхности, но и заполняет также область первого расширения 124 в радиальном направлении. Таким образом, благодаря клеевому слою 130 гарантируется герметичность и, в особенности, полное покрытие подключающего сегмента 108. Возможно также склеивать сами подключающие сегменты 108 с корпусом 102.
Фиг.6 показывает второй вариант реализации соединения между подключающим сегментом 108 и сегментом рабочей поверхности 112. Первое отличие от первого варианта реализации состоит в виде соединительного слоя, причем во втором варианте реализации речь идет о слое 132 припоя, который по причине действующего поверхностного натяжения имеет воронкообразное расширение в направлении сегмента 112 рабочей поверхности. Таким образом, сегмент 112 рабочей поверхности обеспечивает, в особенности без необходимости расширения подключающего сегмента 108, радиальное зацепление в области первого расширения 124 и, тем самым, образование анкерной связи относительно осевой подвижности подключающего сегмента 108.
Другая особенность второго варианта реализации состоит в виде формирования торцевого конца корпуса 102. Он суживает второе расширение 128 со стороны конца, например с помощью расположенного радиально снаружи, направленного радиально внутрь первого выступа 134 и/или с помощью расположенного радиально с внутренней стороны, направленного радиально наружу второго выступа 136. Соответствующие сегменты 112 рабочей поверхности выполнены соответственно ступенчатыми и захватывают своими обращенными к подключающим сегментам 108 концами первый и/или второй выступ 134, 136 второго расширения 128. Соответствующая форма сегментов 112 рабочей поверхности может быть придана или уже при формующем изготовлении, или, например, в случае размещения сегментов рабочей поверхности 112 в соединении друг с другом в форме кольцевой шайбы, за счет проточки такой кольцевой шайбы.
За счет взаимно согласованного придания формы корпуса 102 и сегментов 112 рабочей поверхности возможно закрепить сегменты 112 рабочей поверхности во втором расширении 128, т.е. разместить на корпусе 102 с пружинной фиксацией.
В случае соответствующего, особенно осевого выступа подключающего сегмента 108 в область второго расширения 128, и/или в случае соответствующего, особенно осевого выступа сегмента 112 рабочей поверхности в область первого расширения 124 возможно также, что только за счет фиксирующего расположения сегментов 112 рабочей поверхности на каркасе 102 имеется механически достаточно прочное и электрически достаточно проводящее соединение между сегментами 112 рабочей поверхности и подключающими сегментами 108. Фиксирующее расположение сегмента 112 рабочей поверхности на корпусе 102 предоставляет, во всяком случае, преимущество предварительной фиксации, которая также при последующем приклеивании или припаивании обеспечивает, чтобы сегмент 112 рабочей поверхности находился и оставался в правильной позиции относительно соответствующего подключающего сегмента 108. Кроме того, за счет фиксирующего расположения сегмент 112 рабочей поверхности может держаться на каркасе с особо плоским прилеганием.
Дополнительно к представленному на фиг.6 слою 132 припоя, в кольцевую щель, образованную между сегментами 112 рабочей поверхности и каркасом 102, может быть введено дополнительное герметизирующее средство, например также слой клеящего вещества, чтобы предотвратить попадание агрессивных сред в эти области.
Фиг.7 показывает третий вариант реализации соединения между подключающими сегментами 108 и сегментами 112 рабочей поверхности. Первая разница по сравнению с обоими другими вариантами реализации состоит в том, что соединительный слой 138 между подключающими сегментами 108 и сегментами рабочей поверхности 112, по существу, полностью заполняет пространство первого расширения 124 и, тем самым, образует также абсолютно надежную герметичность корпуса 102 относительно подключающих сегментов 108.
Другая особенность состоит в том, что корпус 102 на своем осевом конце в области второго расширения 128 хотя и предусматривает снова сужение с образованием кольцевых или частичных кольцевых выступов, а при необходимости также только точечных выступов 134, 136, которые с точки зрения их габаритов могут быть даже идентичны с таковыми во втором варианте реализации фиг.6, но габарит сегмента 112 рабочей поверхности меньше, чем определяемая обоими выступами 134, 136 ширина в свету второго расширения 128. Благодаря этому при установке сегмента 112 рабочей поверхности во второе расширение 128 не возникает закрепления, а сегмент рабочей поверхности 112 может быть установлен незакрепленным.
Конечно, если образующийся кольцевой зазор между сегментом 112 рабочей поверхности и корпусом 102, например, заполняется отверждаемой массой, в особенности клеем, то за счет этого образуется заполняющий кольцевую щель, предпочтительно, кольцевидный фиксирующий корпус 140, который гарантирует фиксацию с геометрическим замыканием сегментов 112 рабочей поверхности на корпусе 102 по причине своей формы и по причине взаимодействия с контуром корпуса 102, в варианте реализации фиг.7 с первым и/или вторым выступом 134, 136, и с контуром сегмента 112 рабочей поверхности.
Во всех трех вариантах реализации относительно соединения между подключающим сегментом 108 и сегментом рабочей поверхности 112 соединительные слои 130, 132, 138 образуют входящий в первое расширение 124 венец, воронку или какой-либо крепежный элемент, с помощью которого подключающий сегмент 108 и, тем самым, также сегмент 112 рабочей поверхности длительно и надежно зафиксирован в осевом направлении на корпусе 102.
Фиг.8 показывает аксонометрическую проекцию второго варианта реализации корпуса 202. Первая разница с корпусом 102 по первому варианту реализации состоит в имеющем, по существу, трапециевидную форму контуре отверстия 218 для подключающих сегментов. Кроме этого, первое расширение 224 на виде сверху имеет круглую форму и в представленном втором варианте реализации полностью покрывает отверстие 218. Первое расширение 224 снова образует пространство, в которое помещается соединительное средство. Всего корпус 202 имеет восемь отверстий 218 для подключающих сегментов.
Второе расширение 228 ограничено радиально снаружи внешним кольцом 242, образованным заодно с корпусом 202, а радиально внутри ограничено внутренним кольцом 244, образованным заодно с корпусом 202. Как внешнее кольцо 242, так и внутреннее кольцо 244 образованы при этом кольцевыми сегментами 242а, 242b, которые сопоставлены соответствующим сегментам рабочей поверхности. Между соседними кольцевыми сегментами 242а, 242b предусмотрено по выемке 242с, протяженность которой в окружном направлении больше, чем ширина инструмента для сегментирования сегментов рабочей поверхности. Таким образом, за счет разрезов возможно разъединить сегменты рабочей поверхности, соединенные друг с другом, например в виде кольцевой шайбы, на корпусе 202 или на соответствующих подключающих сегментах. При этом не возникает необходимости разделить внешнюю и/или внутреннюю кольцевую перегородку 242, 244. За счет этого существенно увеличивается время простоя резательного инструмента. Кроме того, может быть достигнута более высокая скорость разделения, так как более не нужно предотвращать слом внешнего кольца 242 и/или внутреннего кольца 244 и из-за этого снижать скорость разделения.
Другая особенность корпуса 202 состоит в том, что и на поверхности прилегания 246 корпуса 202 предусмотрены выемки для сегментирования кольцевой шайбы, в особенности радиально проходящие пазы 248, которые соосны с соответствующими выемками 242с во внешнем кольце 242 и внутреннем кольце 244. Глубина этих пазов 248 выбрана при этом таким образом, что гарантировано надежное разъединение кольцевой шайбы, и при этом нет необходимости пилить корпус. До тех пор пока эти пазы 248 заполнены предпочтительно не проводящим электричество клеем, гарантируется не только дополнительное соединение сегментов рабочей поверхности с корпусом 202, но и надежно предотвращается слом, как правило, углеродных, сегментов рабочей поверхности при разрезании.
В особенности за счет применения корпуса 202 с внешним кольцом 242 для сегментов рабочей поверхности может быть использован так называемый уголь мягкого обжига, т.е. уголь с пластиковым связующим, точный состав которого может быть выбран в зависимости от соответствующих коллекторных щеток. На охватывающей поверхности 216 корпус 202 имеет выемки 216а, которые служат для принятия подключающих сегментов, в особенности для того участка подключающих сегментов, который предусмотрен для подключения катушечных обмоток.
При изготовлении плоского коллектора по настоящему изобретению, в особенности возможно также после установки подключающих сегментов 108 в корпус 102, внести в область первого расширения 124 или по всей поверхности в область поверхности 246 прилегания предпочтительно анаэробно отвержденный и электропроводящий клей или иное электропроводящее соединительное средство. При этом в особенности первое расширение 124 может быть использовано в качестве своеобразного пространства для хранения такого соединительного средства. Для улучшения соединения между подключающим сегментом 108 и сегментом 112 рабочей поверхности сегмент 112 рабочей поверхности, по меньшей мере, на поверхности, обращенной к подключающему сегменту 108, при необходимости также на всей поверхности, может иметь соответствующее покрытие, например оловом.
Фиг.9 показывает вид сверху особого варианта реализации сегментов рабочей поверхности, а именно в форме предварительно разделенной на сегменты шайбы 350 рабочей поверхности. Фиг.10 показывает разрез по Х-Х фиг.9.
Такая шайба 350 рабочей поверхности может быть сегментирована за счет радиальных разрезов на отдельные сегменты 312а, 312b рабочей поверхности. В данном случае эта сегментация достигается за счет радиальных пазов 352, уже сформированных при формировании шайбы 350 рабочей поверхности, вместе с уменьшением толщины шайбы 350 рабочей поверхности. Глубина пазов 352 проходит, как это особенно показано на поперечном сечении на фиг.10, только примерно до половины толщины шайбы 350 рабочей поверхности. Особенно в обращенной от корпуса области шайбы 350 рабочей поверхности остается соединительное кольцо 354, которое соединяет друг с другом отдельные сегменты 312а, 312b рабочей поверхности. В области этого соединительного кольца 354 предусмотрены поверхности 356 для манипуляции или захвата при помощи инструмента. С помощью этих поверхностей 356 шайба 350 рабочей поверхности может быть машинным способом и с возможностью автоматического управления подведена к соответствующему корпусу. Поверхности 356 для захвата при помощи инструмента могут при этом быть расположены по окружности равномерно, в особенности в области сегментов 312а, 312b рабочей поверхности.
На стороне, обращенной к корпусу, шайба 350 рабочей поверхности образует выступы 358, которые по их количеству и/или расположению могут быть подогнаны к расположению сегментов 312а, 312b рабочей поверхности. В особенности эти выступы 358 могут быть по своей форме и расположению подогнаны к предусмотренному на корпусе 202 первому расширению 224, в особенности входить в них с геометрическим замыканием. За счет этого гарантируется упрощенное позиционирование шайбы 350 рабочей поверхности на корпусе 302.
После соединения шайбы 350 рабочей поверхности с соединительными сегментами или с корпусом 202 шайба 350 рабочей поверхности может быть обработана на своей свободно лежащей плоской поверхности до высоты, показанной на фиг.10 штрихпунктирной линией 360. За счет этого происходит обработка до области пазов 352, и, таким образом, благодаря этому сегменты 312а, 312b рабочей поверхности разделены. Поэтому выполнение распиловки более не требуется.
Фиг.11 показывает второй вариант реализации плоского коллектора 401, вид сбоку, а именно в несобранном состоянии. Корпус 402 в верхней половине чертежа представлен частично в разрезе, а в нижней половине чертежа - не в разрезе. В нижней половине чертежа корпус 402 представлен, кроме того, со вставленными подключающими сегментами 408.
Особенность по сравнению с предыдущими вариантами реализации состоит в том, что подключающий сегмент 408, в особенности его верхний участок 408а, образует предпочтительно цельно бортик 408е, который создает, по меньшей мере, участками внешнее кольцо 242, сформированное в варианте реализации на фиг.8 корпусом 202. За счет этого образована радиальная внешняя защита для сегмента 412 рабочей поверхности и/или поверхность прилегания для позиционирования и центровки сегмента 412 рабочей поверхности. Кроме того, за счет этого подключающий элемент 408 при приваривании катушечной обмотки может быть дополнительно зафиксирован, в особенности в радиальном направлении.
Следующая особенность состоит в том, что подключающий сегмент 408 выполнен с возможностью установки со стороны корпуса 402, обращенной к сегментам 412 рабочей поверхности. Установка подключающих сегментов 408 происходит при этом до их прилегания к соответствующим упорным поверхностям 462 корпуса 402, которые предпочтительно образуют с продольной осью 404 прямой угол. Сегменты 412 рабочей поверхности имеют на своей обращенной к подключающим сегментам 408 поверхности 464 покрытие, например из олова, меди или латуни, благодаря которому гарантируется надежное механическое и электрическое соединение с подключающими сегментами 408.
Фиг.12 показывает вид сверху варианта реализации на фиг.11. Бортик 408е в виде сверху имеет форму дуги относительно продольной оси 404 с углом изгиба, равным примерно половине угла изгиба сегмента 412 рабочей поверхности. В представленном варианте реализации угол изгиба ободка 408е составляет примерно 20°.
Фиг.13 показывает плоский коллектор 401 на фиг.11 в собранном виде, вид сбоку. На обращенной к сегментам 412 рабочей поверхности торцевой стороне корпуса 402 предусмотрена выемка 466 (фиг.11), круглая в представленном варианте реализации, которая образует пространство для помещения в него соединительного средства для соединения подключающего сегмента 408 с соответствующим сегментом 412 рабочей поверхности. В представленном смонтированном состоянии бортик 408е имеет осевой выступ за открытую плоскую поверхность сегмента 412 рабочей поверхности. За счет последующего снятия материала, особенно за счет плоской обточки, подключающие сегменты 408, сегменты 412 рабочей поверхности и корпус 402 выравниваются по уровню для образования рабочей поверхности 414 плоского коллектора 401.
В альтернативном особом варианте реализации бортик 408е, напротив, не имеет осевого выступа за открытую плоскую поверхность сегмента 412 рабочей поверхности, а сдвинут назад относительно плоской поверхности или даже относительно рабочей поверхности 414, в особенности на одну или несколько десятых долей миллиметра относительно рабочей поверхности 414. Благодаря этому при выравнивании по уровню сегментов 412 рабочей поверхности не должен сниматься материал бортика 408е, за счет чего может быть упрощен, например, процесс плоской обточки. Сегменты 412 рабочей поверхности имеют характерную толщину примерно 2,5 мм, которая за счет плоской обточки уменьшается примерно до 2 мм. Осевая длина бортика 408е имеет характерную длину от 1,5 до 1,8 мм.
Конечно и в этом альтернативном варианте реализации корпус 402 может иметь образующие внутреннее кольцо кольцевые сегменты 444а, которые имеют осевой выступ за открытую плоскую поверхность сегментов 412 рабочей поверхности. В особенности эти кольцевые сегменты могут иметь на своих торцевых концах фаску (см. также фиг.15), благодаря которой упрощается установка сегментов 412 рабочей поверхности. В особенности если сегменты 412 рабочей поверхности вставлены в соединении шайб друг с другом, то за счет осевого выступа кольцевых сегментов 444а надежно предотвращается перекашивание шайбы на бортике 408е и, тем самым, опасность повреждения шайбы.
Фиг.14 показывает соответствующий вид сверху плоского коллектора 401 на фиг.13. Бортик 408е образует радиально снаружи опорное кольцо для сегментов 412 рабочей поверхности, в то время как корпус 402 образует радиально внутри опору за счет выполненного заодно внутреннего кольца 444.
Фиг.15 показывает другой вариант реализации корпуса 502. В отличие от варианта реализации на фиг.8 подогнаны отверстия 518 для приема подключающих сегментов, нижний участок которых имеет примерно форму дельтоида, причем радиальное с внутренней стороны острие дельтоида притуплено, а радиальное с внешней стороны острие дельтоида переходит в отверстие для соединительного участка. Угол, образованный обращенными друг к другу поверхностями радиально внешней области нижнего участка и радиально внутренней области верхнего участка подключающих сегментов (ср. фиг.2), составляет величину от 30° до 60°, в особенности около 50°.
Первое расширение 524 подогнано к форме поперечного сечения нижнего участка подключающих сегментов и в представленном варианте реализации имеет, в особенности, форму пятиугольника. При этом перекрытие первого расширения 524 относительно отверстия 518 в окружном направлении в области радиально проходящих ограничительных линий формы поперечного сечения отверстия 518 относительно мало и даже исчезающее мало. Выступ, крепящий подключающий элемент в корпусе 502, напротив, имеется - в особенности радиально с внутренней стороны и радиально с внешней стороны к другим ограничительным линиям поперечного сечения отверстия 518.
Образующие внутреннее кольцо кольцевые сегменты 544а имеют на своем торцевом конце направленную радиально наружу фаску 544b, которая упрощает установку (не показанных на фиг.15) сегментов рабочей поверхности. Соответствующим образом также и кольцевые сегменты 542а, образующие внешнее кольцо, могут иметь направленную радиально внутрь фаску.
1. Плоский коллектор (101), содержащий корпус (102) из электрически изолирующего материала, множество подключающих сегментов (108) из электропроводящего материала для подключения, по меньшей мере, одного конца катушечной обмотки, а также множество сегментов (112) рабочей поверхности, которые образуют рабочую поверхность (14) плоского коллектора (101), причем сегменты (112) рабочей поверхности соединены с подключающими сегментами (108) механически прочно и электропроводящим образом, а корпус (102) и/или подключающие сегменты (108) выполнены цельно, причем корпус (102) заготовлен заранее и имеет отверстия (118), в которые вставлены подключающие сегменты (108), отличающийся тем, что корпус (102) в области отверстий (118) имеет относительно установленных подключающих сегментов (108), по меньшей мере, на отдельных участках избыточный размер; что подключающие сегменты (108) закреплены за счет зажимающего действия корпуса (102), и что зажимающее действие вызвано имеющим место, по меньшей мере, на отдельных участках избыточным размером корпуса (102) относительно подключающего сегмента (108).
2. Плоский коллектор (101) по п.1, отличающийся тем, что подключающие сегменты (108) имеют верхний участок (108а) и нижний участок (108с), которые соединены друг с другом с помощью соединительного участка (108b), причем соединительный участок (108b) по причине, по меньшей мере, частичного избыточного размера корпуса (102) в области отверстия (118) эластично деформирован, и, тем самым, подключающие сегменты (108) зажаты в корпусе (102).
3. Плоский коллектор (101) по п.1 или 2, отличающийся тем, что находящаяся между верхним участком (108а) и нижним участком (108 с) часть корпуса (102) находится под воздействием сжимающих усилий за счет эластичной деформации подключающего сегмента (108).
4. Плоский коллектор (101) по п.1 или 2, отличающийся тем, что сегменты (112) рабочей поверхности имеют относительно подключающих сегментов (108) выступ в радиальном направлении и/или в окружном направлении относительно оси вращения плоского коллектора (101).
5. Плоский коллектор (101) по п.4, отличающийся тем, что сегменты (112) рабочей поверхности прилегают в области выступа, по меньшей мере, частично к корпусу (102).
6. Плоский коллектор (101) по одному из пп.1, 2, 5, отличающийся тем, что направление расположения отверстий (118) в корпусе (102) имеет, по меньшей мере, одну составляющую направления, параллельную продольной оси (104) корпуса (102), и, в особенности, что отверстия (118) проходят параллельно продольной оси (104) корпуса (102).
7. Плоский коллектор (101) по одному из пп.1, 2, 5, отличающийся тем, что отверстия (118) в корпусе (102) в области концов подключающих сегментов (108), обращенных к сегментам (112) рабочей поверхности, имеют расширение (124, 128).
8. Плоский коллектор (101) по п.7, отличающийся тем, что подключающие сегменты (108) в установленном состоянии вдаются своими концами, обращенными к сегментам рабочей поверхности (112), внутрь области расширения (124, 128).
9. Плоский коллектор (101) по п.7, отличающийся тем, что расширение (124, 128) отверстий (118) имеет приемное пространство для соединительного средства для соединения подключающих сегментов (108) с сегментами (112) рабочей поверхности.
10. Плоский коллектор (101) по одному из пп.1, 2, 5, 8, 9, отличающийся тем, что подключающие сегменты (108) закреплены в корпусе (102) за счет механически прочного соединения с сегментами (112) рабочей поверхности.
11. Плоский коллектор (101) по одному из пп.1, 2, 5, 8, 9, отличающийся тем, что подключающие сегменты (108) имеют покрытие, по меньшей мере, в области соединения с сегментами (112) рабочей поверхности.
12. Способ изготовления плоского коллектора (101), включающий в себя следующие шаги:
изготавливают корпус (102) из электрически изолирующего материала, причем корпус (102) имеет отверстия (118) для установки в них подключающих сегментов (108) из электропроводящего материала для подключения, по меньшей мере, одного конца катушечной обмотки, причем корпус (102) в области отверстий (118) имеет относительно установленных подключающих сегментов (108), по меньшей мере, на отдельных участках избыточный размер,
устанавливают в отверстия (118) корпуса (102) подключающие сегменты (108), причем подключающие сегменты (108) закрепляют за счет зажимающего действия корпуса (102), и причем зажимающее действие вызвано имеющим место, по меньшей мере, на отдельных участках избыточным размером корпуса (102) относительно подключающего сегмента (108),
закрепляют сегменты (112) рабочей поверхности, образующие рабочую поверхность плоского коллектора (101), на плоском коллекторе (101) за счет механически прочного и электропроводящего соединения сегментов (112) рабочей поверхности, по отдельности или соединенными друг с другом, с подключающими сегментами (108).
13. Способ по п.12, отличающийся тем, что на подключающих сегментах (108) при их установке в корпус (102) в области их конца, обращенного к сегментам (112) рабочей поверхности, выполняют расширение в радиальном и/или окружном направлении относительно оси вращения плоского коллектора (101).
