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PERFECTIONNEMENTS AUX DISPOSITIONS DE CONNEXION PAR SOUDURE ENTRE CONDUCTEURS ELECTRIQUES, NOTAMMENT ENTRE CONDUCTEUR DINDUIT ET COLLECTEUR
DES MACHINES ELECTRIQUES.
La présente invention est relative à des perfectionnements, chan- gements et additions à celle objet du brevet principal et concerne une méthode perfectionnée de fabrication de l'armature des machines dynamoélectriques à collecteur et plus particulièrement une méthode de soudure des conducteurs d'induit aux ailettes de collecteurs.
Dans la construction de telles machines, et en particulier dans celle des moteurs de tractions il est de pratique courante de revêtir les conducteurs d'induit et les ailettes du collecteur d'un flux à base de rési- ne, avant assemblage de l'armature. Ce revêtement avant assemblage est néces- saire de manière à protéger le cuivre contre l'oxydation durant les nombreu- ses cuissons auxquelles l'armature est soumise avant soudure. Cependant, cette méthode limite les températures de cuisson à un maximum de 125 Ce, de manière à préserver le flux à base de résine.
Il est, par conséquent, désirable d'en- visager une méthode de soudure des armatures utilisant un flux, qui permette des températures plus élevées de cuisson ét qui utilise également une soudure dont le point de fusion est plus élevé que la soudure plomb-étain ou étain.
L'objet de la présente invention est de présenter une méthode per- fectionnée de fabrication de l'armature des machines dynamoélectriques à col- lecteur, utilisant un flux permettant des températures de cuisson plus élevées, avant soudure. et une soudure à point de fusion plus élevé que pour celles u- tilisées habituellement.
Suivant l'inventions l'assemblage du noyau d'armature et du col- lecteur est réalisé en disposant les enroulements d'armature dans des fentes pratiquées dans le noyau et en disposant les conducteurs constituant ces enrou- lements dans des fentes pratiquées dans les ailettes du collecteur. Ces'con-
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ducteurs.; n'ont pas été étamés, ni'munis S'un flux en'ce moment du. procède.
La surface de contact du balai du collecteur est ensuite protégée'pour évi- ter le contact direct avec le flux et la soudure durant'les manipulations suivantes, et l'assemblage est ensuite chauffé à une température de 170 C. approximativement. L'assemblage est ensuite immergé immédiatement dans un flux liquide dont le principal ingrédient est un hydrochlorure d'aminé,'une solution aqueuse à 32% d'hydrochlorure de di-éthylamine convenant particuliè- rement bien. On retire l'assemblage hors du flux et on l'immerge immédiatement dans de la soudure fondue, de préférence une soudure argent-plomb. Après en- lèvement du bain de soudure, l'écran entourant la surface de contact des balais du collecteur est retiré, ce qui termine le procédé.
Dans les dessins - la figure 1 représente l'assemblage noyau d'armature et col- lecteur, avec les enroulements et les conducteurs en place; - la figure 2 est une vue partielle représentant les conduc- teurs d'armature placés dans les fentes des ailettes du collecteur; - la figure 3 représente L'écran placé sur la surface du con- tact des balais du collecteur; - la figure 4 représente la cuisson de l'assemblage; - la figure 5 montre l'immersion de l'extrémité du collecteur dans le flux liquide, et la figure 6, dans la soudure fondue; - la figure 7 représente un autre type de récipient pour la soudure, qui élimine la nécessité de protéger la surface de contact du balai du collecteur.
En se référant à la figure 1, on voit une armature 1 ayant un noyau 2 muni de fentes 3. Le noyau 2 est monté sur un arbre 4 sur lequel un collecteur 5 est également monté. Ce collecteur comprend plusieurs bar- res 6 possédant les ailettes habituelles 7. L'armature 1 est munie d'enrou- lements convenables 8 dont les conducteurs 9 sont placés dans des fentes 10 des ailettes 7, comme représenté à la figure 2. Les conducteurs 9 sont, de préférence, munis de plusieurs bossages relativement.peu élevés 11 et d'une encoche longitudinale 12, ainsi qu'expliqué en détails dans le brevet prin- cipal.
Ces bossages éliminent la nécessité du préétamage des conducteurs et donnent l'assurance que, lorsque le conducteur est placé dans la fente de l'ailette, un espace d'air d'épaisseur optimum est ménagé en vue de 1' action capillaire de la soudure, même si le conducteur a une épaisseur telle qu'il soit calé dans la fente.
La surface de contact 13 du balai est ensuite placée dans un récipient convenable 14, comme représenté à la figure 3, pour protéger la surface du balai de tout contact direct avec le flux et la soudure durant les étapes successives du procédé. Le récipient 14 peut être en acier soudé muni d'un écrou 15 convenable, soudé au fond. Cet écrou est vissé sur l'ex- trémité filetée 16 de l'arbre 4 et l'espace séparant les bords de l'ouverture du récipient 14 des barres du collecteur 6 est fermé, par exemple par une corde en asbeste 17 et du mastic, de sorte que le scellement est imperméable à 1' eau.
L'assemblage est ensuite chauffé, par exemple en le plaçant dans un four convenable 18 chauffé par des moyens électriques, tels qu'un élément chauffant 19. La Société demanderesse a trouvé qu'il était désirable de chauf- fer l'assemblage à une température approximative de 170 C., de préférence en- tre 166 et 188 C. Si le préchauffage de l'armature est trop élevé, le flux bouillira plus. fortement que désiré et, si le.préchauffage de l'armature est trop faible, le temps d'immersion dans la soudure est beaucoup trop accru.
L'extrémité du collecteur est ensuite immergéimmédiatement dans un flux liquide de telle sorte que les ailettes 7 sont partiellement submergées, comme représenté à la figure 5. Le flux entourant les ailettes pénètre dans les
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joints à souder entre les conducteurs 9 et les parois des fentes 10 dans'-le/?' ailettes, par action de capillarité.La chaleur provenant de l'armature et résultant du préchauffage fait bouillir le flux et cette action combinée'avec' ' celle de nettoyage chimique du flux, provoque le décapage effectif des surfa- ces métalliques à souder. Ce flux contient., de préférence, un hydrochlorure d'amine comme ingrédient actif et est de préférence, une solution aqueuse d'approximativement.32% d'hydrochlorure de di-éthylamine.
Une température initiale du flux entre 25 C. et 80 C. a été trouvée satisfaisante. L'extrémi- té du collecteur est maintenue dans le flux durant 45 secondes envir,on, ou jusqu'à ce que la surface entière à souder soit débarrassée des formations d'oxyde provenant des opérations antérieures.
.. Le flux d'hydrochlorure de di-éthylamine est particulièrement désirable puisqu'il permet l'immersion dans des soudures à base de plomb, avec des températures aussi élevées que 310 Co L'utilisation de telles sou- dures empêche toute détérioration de la soudure du collecteur, dans le mo- teur complet, durant les périodes de surcharge prolongées ou de refroidisse- ment inadéquat, lorsque les températures du collecteur deviennent suffisam- rient élevées pour faire fondre les soudures à l'étain ou étain-plomb ordi- naires. De plus, l'utilisation de ce flux permet, si on le désire, la cuis- son de l'armature assemblée à des températures aussi élevées que 200 C. avant trempage dans le flux et soudure.
Cela permet des cycles de cuisson considérablement plus courts ainsi que l'obtention d'un ceinturage d'arma- ture plus serré. De plus, l'utilisation de ce flux permet l'élimination du préétamage des conducteurs.
Après trempage dans le flux comme il vient d'être décrit, l'assem- blage est retiré,et immergé immédiatement dans la soudure fondue contenue dans un récipient 21. Cette soudure est.. de préférence, une soudure argent-plomb et la Société demanderesse a trouvé qu'une proportion de 2,5% d'argent avec 97.5% de plomb donnait de bons résultats. La composition contenant 1,5% d'ar- gent 1% d'étain et 97.5% de plomb est également satisfaisante. Une température initiale de soudure donnant de bons résultats avec la soudure argent-plomb, qui vient d'être mentionnée, est 460 C., mais cette température dépend de la masse de la soudure disponible pour chauffer l'armature., de la masse de l'ar- mature et de sa température initiale.
L'assemblage est immergé dans la soudu- re fondue., les ailettes étant presque complètement immergées, et on laisse l'extrémité du collecteur dans la soudure jusqu9à ce que la surface à sou- der ait atteint 330 C. laquelle température est suffisante pour volatiliser tout le résidu de flux et assurer une soudure convenable. Il faut évidemment que les températures initiales de l'armature et de la soudure soient ajustées suivant les masses relatives en jeu pour que l'opération de soudure puisse s' effectuer en une minute environ.
L'assemblage est ensuite retiré du récipient 21.. ce qui termine l'opération de soudure.
Une autre forme de récipient à soudure est représentée à la figu- re 7 et comprend*une partie en forme de soucoupe 22 ayant une ouverture 23 au centre, à travers laquelle passe le collecteur 6, ce qui évite tout contact de la soudure fondue avec la partie protubérante du collecteur.et permet à la soudure de venir seulement en contact avec les ailettes. Un scellement 24 est prévu entre la paroi de l'ouverture 23 et le collecteur 6. L'utilisation d'un récipient de cette forme et d'un récipient de forme silimaire, lors de.l'im- mersion dans le flux, élimine la nécessité d'utiliser l'écran 14 décrit pré- cédemment .
Comme indiqué précédemment,,, cette méthode perfectionnée de sou- dure de l'armature, utilisant un flux liquide à base d'hydrochlorure de di- éthylamine et une soudure argent-plomb, possède de nombreux avantages.Le flux à base d'hydrochlorure de di-éthylamine-permet des températures de cuis- son plus élevées, l'utilisation d'une soudure plomb-argent et élimine la nécessité de préétamer les conducteurs. La soudure plomb-argent est peu coû- teuse, élimine la. nécessité d'emploi d'étain et a un point de fusion supérieur d'environ 72 C. à la soudure à l'étain utilisée précédemment.
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Les joints soudés utilisant les conducteurs non-étamés présen- tant les bossages du brevet principal et utilisant la. méthode d'immersion dans le flux et de soudure de la présente invention, et des-joints soudés utilisant des conducteurs plats préétamés avec de la soudure à l'étains ont été essayes de manière à mesurer leur résistance relative au cisaillement. Les résultats de ces tests sur les conducteurs préétamés ont été extrêmement erratiques'et ont révélé un grand pourcentage d'espaces vides dans la soudure. Par contre, les joints utilisant le flux d'hydrochlorure de di-éthylamine et-la soudure ar- gent-plomb montraient de bonnes qualités avec un pourcentage très faible d'es- paces vides.
La soudure argent-plomb possède une résistance sans pareilleà des températures supérieures à 150 C. et,àdes températures aussi élevées que 290 C ., cette sou dure a montré une résistance suffisante par elle-même pour éviter l'enlèvement des conducteurs sans devoir tenir compte des forces de friction développées entre le conducteur et les fentes des ailettes. La soudure à l'étain a, par contre, une résistance insuffisante au-dessus de 210 C. pour éviter cet enlè- vement et on ne peut compter, par conséquent,, que sur les forces de friction durant les périodes de surcharge prolongées et de refroidissement inadéquat.
L'utilisation de la méthode de soudure perfectionnée de l'inven- tion a, par conséquent, été trouvée particulièrement désirable pour'toute arma- ture où les températures transitoires des ailettes peuvent excéder 210 C. en service normal.
La combinaison de cette méthode perfectionnée de soudure avec les conducteurs à bossages du brevet principale donnent, en plus des propriétés mécaniques évidemment supérieures à des températures allant au-dessus de 150 C., des avantages économiques certains comprenant une grande réduction du prix de la soudure argent-plomb sur celui de la soudure à l'étain; cette combinaison élimine la nécessité du préétamage et du calage, évite la nécessité de répara- tion de la soudure, excepté lorsque le rebobinage est nécessaire par suite d' un défaut d'isolement. et ne dissout pas le cuivre du collecteur durant la sou- dure.
Bien que l'on n'ait décrit et représenté qu'une seule'forme de réalisation de l'invention. il est évident qu'on ne désire pas se limiter à cette forme particulière donnée à titre d'exemple et sans aucun caractère restrictif et que, par conséquent, toutes les variantes ayant même principe et même objet que la disposition indiquée ci-dessus rentreraient-comme elle dans le cadre de la présente invention.
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IMPROVEMENTS IN CONNECTION ARRANGEMENTS BY WELDING BETWEEN ELECTRIC CONDUCTORS, ESPECIALLY BETWEEN DRIVE CONDUCTOR AND MANIFOLD
ELECTRIC MACHINERY.
The present invention relates to improvements, changes and additions to that which is the subject of the main patent and relates to an improved method of manufacturing the armature of dynamoelectric collector machines and more particularly to a method of welding armature conductors to the fins. of collectors.
In the construction of such machines, and in particular in that of traction motors, it is common practice to coat the armature conductors and the fins of the manifold with a resin-based flux, before assembly of the armature. . This coating before assembly is necessary in order to protect the copper against oxidation during the numerous fires to which the reinforcement is subjected before welding. However, this method limits the firing temperatures to a maximum of 125 Ce, so as to preserve the resin-based flux.
It is, therefore, desirable to envision a method of soldering reinforcements using flux, which allows higher firing temperatures and which also uses a solder with a higher melting point than lead-tin solder. or tin.
The object of the present invention is to present an improved method of manufacturing the armature of collector dynamoelectric machines, using a flux allowing higher baking temperatures, before welding. and a higher melting point solder than those commonly used.
According to the invention, the assembly of the armature core and the collector is achieved by placing the armature windings in slots made in the core and by placing the conductors constituting these windings in slots made in the fins. of the collector. Ces'con-
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drivers .; have not been tinned, ni'munis S'un flux at this time of. process.
The contact surface of the commutator brush is then protected to avoid direct contact with flux and solder during subsequent handling, and the assembly is then heated to a temperature of approximately 170 ° C.. The assembly is then immediately immersed in a liquid stream, the main ingredient of which is amine hydrochloride, a 32% aqueous solution of di-ethylamine hydrochloride being particularly suitable. The assembly is removed from the flux and immediately immersed in molten solder, preferably silver-lead solder. After removal of the solder bath, the screen surrounding the contact surface of the commutator brushes is removed, which terminates the process.
In the drawings - Figure 1 shows the armature core and collector assembly, with the windings and conductors in place; FIG. 2 is a partial view showing the reinforcing conductors placed in the slots of the fins of the manifold; FIG. 3 represents the screen placed on the contact surface of the brushes of the collector; - Figure 4 shows the cooking of the assembly; FIG. 5 shows the immersion of the end of the collector in the liquid flow, and FIG. 6, in the molten solder; - Figure 7 shows another type of container for welding, which eliminates the need to protect the contact surface of the brush of the collector.
Referring to Figure 1, we see a frame 1 having a core 2 provided with slots 3. The core 2 is mounted on a shaft 4 on which a manifold 5 is also mounted. This collector comprises several bars 6 having the usual fins 7. The frame 1 is provided with suitable windings 8, the conductors 9 of which are placed in slots 10 of the fins 7, as shown in FIG. 2. The conductors 9 are preferably provided with a plurality of relatively low bosses 11 and a longitudinal notch 12, as explained in detail in the main patent.
These bosses eliminate the need for pre-tinning of the conductors and provide the assurance that when the conductor is placed in the fin slot, an air space of optimum thickness is provided for the capillary action of the solder. , even if the conductor has such a thickness that it is wedged in the slot.
The contact surface 13 of the brush is then placed in a suitable container 14, as shown in FIG. 3, to protect the surface of the brush from any direct contact with the flux and the solder during the successive steps of the process. The container 14 may be of welded steel with a suitable nut 15 welded to the bottom. This nut is screwed onto the threaded end 16 of the shaft 4 and the space separating the edges of the opening of the container 14 from the bars of the collector 6 is closed, for example by an asbestos rope 17 and mastic. , so that the seal is waterproof.
The assembly is then heated, for example by placing it in a suitable oven 18 heated by electrical means, such as a heater 19. The Applicant Company has found it desirable to heat the assembly at a temperature. approx. 170 ° C., preferably between 166 and 188 C. If the preheating of the armature is too high, the flux will boil more. strongly than desired and, if the preheating of the reinforcement is too low, the immersion time in the weld is excessively increased.
The end of the manifold is then immediately immersed in a liquid flow such that the fins 7 are partially submerged, as shown in Figure 5. The flow surrounding the fins enters the fins.
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solder joints between the conductors 9 and the walls of the slots 10 in 'the /?' fins, by capillary action. The heat coming from the reinforcement and resulting from the preheating boils the flux and this action combined 'with' that of chemical cleaning of the flux, causes the effective pickling of the metal surfaces to be welded. This stream preferably contains an amine hydrochloride as an active ingredient and is preferably an aqueous solution of approximately 32% di-ethylamine hydrochloride.
An initial flow temperature between 25 ° C and 80 ° C has been found to be satisfactory. The end of the manifold is held in the flux for approximately 45 seconds, or until the entire surface to be welded is free of oxide formations from previous operations.
.. The flow of di-ethylamine hydrochloride is particularly desirable since it allows immersion in lead-based solders, with temperatures as high as 310 Co. The use of such solders prevents any deterioration of the material. solder of the collector, in the complete motor, during periods of prolonged overload or inadequate cooling, when the temperatures of the collector become high enough to melt ordinary tin or tin-lead solders . Furthermore, the use of this flux allows, if desired, the baking of the assembled reinforcement at temperatures as high as 200 ° C. before dipping in the flux and soldering.
This allows for considerably shorter firing cycles as well as a tighter armor belt. In addition, the use of this flux allows the elimination of pre-tinning of the conductors.
After soaking in the flux as has just been described, the assembly is removed, and immediately immersed in the molten solder contained in a container 21. This solder is preferably a silver-lead solder. Applicant has found that a proportion of 2.5% silver with 97.5% lead gave good results. The composition containing 1.5% silver, 1% tin and 97.5% lead is also satisfactory. An initial solder temperature which gives good results with the silver-lead solder, which has just been mentioned, is 460 C., but this temperature depends on the mass of solder available to heat the armature., On the mass of the frame and its initial temperature.
The assembly is submerged in the molten solder, the fins being almost completely submerged, and the end of the manifold is left in the solder until the surface to be welded has reached 330 ° C. which temperature is sufficient for volatilize all flux residue and ensure proper solder. Obviously, the initial temperatures of the reinforcement and of the weld must be adjusted according to the relative masses involved so that the welding operation can be carried out in approximately one minute.
The assembly is then removed from container 21 ... which completes the welding operation.
Another form of solder vessel is shown in Fig. 7 and comprises a saucer-shaped portion 22 having an opening 23 in the center, through which the collector 6 passes, thereby avoiding contact of the molten solder with it. the protruding part of the collector. and allows the solder to come into contact only with the fins. A seal 24 is provided between the wall of the opening 23 and the collector 6. The use of a container of this shape and of a container of silimar shape, during immersion in the flow, eliminates the need to use the screen 14 described above.
As previously indicated, this improved method of welding the reinforcement, using a liquid flux based on diethylamine hydrochloride and a silver-lead solder, has many advantages. di-ethylamine - allows higher firing temperatures, the use of lead-silver solder and eliminates the need to pre-tin the conductors. Lead-silver solder is inexpensive, eliminates it. requires the use of tin and has a melting point about 72 ° C. higher than the tin solder used previously.
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The welded joints using the non-tinned conductors having the bosses of the main patent and using the. The flux immersion and solder method of the present invention, and solder joints using flat conductors pre-tinned with tin solder were tested to measure their relative shear strength. The results of these tests on the pre-tinned conductors were extremely erratic and revealed a large percentage of voids in the solder. On the other hand, the joints using the flux of di-ethylamine hydrochloride and the silver-lead solder showed good qualities with a very low percentage of empty spaces.
Silver-lead solder has unparalleled strength at temperatures above 150 C. and, at temperatures as high as 290 C., this hard solder has shown sufficient strength on its own to prevent removal of conductors without having to hold account of the frictional forces developed between the conductor and the fin slots. Tin solder, on the other hand, has insufficient strength above 210 C. to avoid this removal and, therefore, only frictional forces can be relied on during periods of prolonged overload and inadequate cooling.
The use of the improved weld method of the invention has, therefore, been found particularly desirable for any reinforcement where transient fin temperatures may exceed 210 ° C. in normal service.
The combination of this improved method of soldering with the bossed conductors of the main patent gives, in addition to obviously superior mechanical properties at temperatures above 150 C., certain economic advantages including a great reduction in the price of the solder. silver-lead on that of tin solder; this combination eliminates the need for pre-tinning and shimming, avoids the need for repair of the weld, except when rewinding is required due to an insulation fault. and does not dissolve the copper in the collector during soldering.
Although only one embodiment of the invention has been described and shown. It is obvious that we do not wish to limit ourselves to this particular form given by way of example and without any restrictive character and that, consequently, all the variants having the same principle and the same object as the provision indicated above would be included. like it in the context of the present invention.