CZ2002966A3 - Kartáčová sestava - Google Patents

Description

KARTÁČOVÁ SESTAVA

Oblast techniky

Vynález se týká kartáčové sestavy pro miniaturní elektrický motor a způsobu jeho výroby. Použití grafitového nebo na bázi grafitu založeného kartáčového kontaktu připevněného na kartáčovém raménku je u elektrického motoru známé. Grafitové lamelové komutátory obecně tento typ kartáče používají. Grafit na grafitové styčné ploše má významně nižší opotřebení a tudíž i méně práší. V důsledku toho je také generován menší elektrický hluk.

Zmenšení opotřebení znamená, že je nezbytný jen velmi krátký kartáčový kontakt umožňující úsporu materiálu a lepší využití prostoru uvnitř motoru. Avšak upevnění menšího kartáče ke kartáčovému raménku je při použití standardních technik problematické vzhledem k nedostatečné odolnosti připevnění tělesa kartáče v důsledku jeho rozměru. Přímé pájení je vždy obtížné a vyžaduje kartáčové těleso s vysokou koncentrací mědi. Z hlediska zdravotních aspektů je obecně vhodné se pájení vyhnout kdykoliv je to možné. Běžná technika využívající patek na kartáčovém raménku, které jsou pružně deformované upínací částí kartáče, vyžaduje pro upevnění významně velkou patní část. Z těchto důvodů vznikla potřeba bezpečného a spolehlivého připevnění kartáčového kontaktu a kartáčového raménka, které by odstraňovalo shora uvedené potíže.

Podstata vynálezu

Podle předloženého vynálezu je jeho předmětem především kartáčová sestava pro miniaturní elektromotor zahrnující: kartáčové raménko tvořené protáhlým páskem z pružného vodivého materiálu, který má vzdálený konec a bližší konec, vzdálený konec má vyříznutou část; a kartáčový kontakt z grafitového materiálu má výstupek uložený ve vyříznuté části a klobouček na výstupku, přičemž klobouček zajišťuje kartáčový kontakt na kartáčovém raménku.

S výhodou je vyříznutá část vytvořena otvory a kartáčový kontakt má výstupky procházející skrz otvory pro vytvoření jednoho nebo více kloboučků na protilehlé straně • · · ··« ♦ · · · • · · · · · * · .· . : ·: :··:· ·: jsjm/ios ···· ·« ·· · ·· ···· kartáčového raménka. Přednostně obsahuje grafitový materiál pojivo vytvrditelné teplem při nízké teplotě.

S výhodou je pojivo vytvrzováno procesem lisování za tepla, který je používán pro vytvoření kloboučku.

Dále je předmětem předloženého vynálezu způsob výroby kartáčové sestavy pro miniaturní elektrický motor, který zahrnuje operace umístění předlisovaného kartáčového raménka, které má alespoň jednu vyříznutou Část, do formy; vložení kartáčového materiálu do formy; lisování kartáčového materiálu do tvaru kartáčového kontaktu připevněného ke kartáčovému raménku; a zalisováni kartáčového materiálu do alespoň jedné vyříznuté části tvořící neoddělitelné upevnění kartáčového kontaktu a tím držení kartáčového kontaktu v těsném spojení s kartáčovým raménkem.

Nejlépe je kartáčový materiál tvořen v podstatě grafitem smíchaným s teplem vytvrditelným pryskyřičným pojivém (jako například fenolovou pryskyřicí), který je vytvrzený použitím procesu lisování za tepla pro připojení kartáčového kontaktu ke kartáčovému raménku.

S výhodou je nezpracovaný kartáčový materiál zaveden do lisovacího nástroje ve formě špalíku nebo jako předlisek nezpracovaného kartáčového kontaktu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže popsán, a to jen prostřednictvím příkladu, s přihlédnutím na přiložené výkresy, na kterých:

Obrázek 1 představuje perspektivní pohled na zadní Část prvního provedení kartáčového kontaktu kartáčové sestavy pro miniaturní elektromotor podle předloženého vynálezu;

Obrázek 2 znázorňuje pohled na přední stranu jednoho provedení raménka kartáčové sestavy podle předloženého vynálezu;

Obrázek 3 znázorňuje pohled na přední stranu kartáčové sestavy ukazující kontakt z obrázku 1, upevněný na raménku kartáče z obrázku 2;

Obrázek 4 znázorňuje boční pohled na kartáčovou sestavu z obrázku 3; a obrázek 5 je čelní pohled na druhé provedení kartáčové sestavy.

• · · · · · · · * ♦ * · ♦ · · ♦ · · · .· . : ·: :··:· ·: eum/ios *··· ·· ·· · *· ····

Příklady provedení vynálezu

Podle obrázků 1 až 4 na přiloženém výkrese je první provedení kartáčové sestavy pro elektromotor na obrázcích 3 a 4 obecně označeno vztahovým znakem 10. Kartáčová sestava 10 se skládá z kartáčového kontaktu 12 a raménka 14 kartáče, přednostně raménka typu listové pružiny vyrobené z pásku z beryliové mědi. Kartáčové raménko může být pokoveno cínem, niklem, stříbrem nebo jeho slitinami, a to alespoň v oblasti, kde se kartáčové raménko stýká s kartáčovým kontaktem.

Kartáčový kontakt 12 je typicky vytvořen z grafitového základního materiálu obsahujícího pojivo a je vytvarován tak, že tvoří řadu výstupků 16. V tomto provedení má kartáčový kontakt 12 trubkovité rovnoběžné nebo v podstatě trubkovité rovnoběžné výstupky 16 vystupující ze zadní plochy 12a kontaktu 12. Avšak kartáčový kontakt 12 může mít jakýkoliv vhodný tvar. Pojivém je přednostně termosetický materiál, jako například fenolová nebo epoxidová pryskyřice.

Kartáčové raménko 14 obsahuje řadu vyříznutých částí ve tvaru otvorů 18, z nichž každý odpovídá jednomu příslušnému výstupků 16. Otvory 18 jsou zpravidla uspořádány na nebo poblíž volného konce kartáčového raménka 14 a jsou dimenzovány pro přijetí výstupků 16.

Kartáčové raménko 14 může také obsahovat další otvory nebo výřezy 20 (pouze jediný je znázorněn na obrázcích 2 a 3), které jsou vytvořeny pro nastavení ohebnosti nebo pružnosti kartáčového raménka a otvory 22, pomocí kterých může být kartáčové raménko 14 připevněno například k přívodní svorce skříně elektromotoru (neznázoměno). Avšak protože tyto skutečnosti jsou v technice dobře známé, bližší údaje budou vynechány.

Kartáčový kontakt 12, když je upevněn na kartáčové raménko 14, také obsahuje upevnění ve tvaru jednoho nebo více kloboučků 24 (jeden je znázorněn na obrázku 4). Když má být kartáčový kontakt 12 upevněn na kartáčové raménko 14, je volný konec každého výstupku 16 vytvořen s vlastním kloboučkem 24 nebo s jediným kloboučkem 24, který je dimenzován tak, aby pokryl všechny výstupky 16.

Při sestavování kartáče 10 je grafitový materiál, který je používán na kartáčový kontakt 12 zpočátku „nezpracovaný“. Tímto pojmem je míněn stav materiálu před tepelným zpracováním a, protože pojivo není zafixováno nebo vytvrzeno, materiál může být poměrně snadno roztaven a vytvarován. Tento“nezpracovaný“ stav umožni, že kartáčový kontakt 12 může být bud’ předlisován v odděleném lisovacím procesu, který předchází uložení na kartáčovém raménku 14, to znamená, že tvar kartáčového kontaktu 12 a výstupků 16 může * · · · · · · · * · ísió4/io5 ···· «· ·· · ·· ♦ ·*· být předem vytvarován; nebo kartáčový kontakt 12 se svými výstupky 16 a kloboučky 24 může být vytvořen během horkého lisovacího procesu. Otvory 18 jsou vytvořené v kartáčovém raménku 14 zpravidla vystřižením materiálu kartáčového raménka 14 během lisování kartáčového raménka z pásku beryliové mědi. Kartáčový kontakt 12 je pak přilisován ke kartáčovému raménku 14.

Postup prilisování má charakter procesu lisování za tepla, který vyvolá lisování nezpracovaného kartáčového materiálu za tepla při relativně nízké teplotě, například 200°C za účelem spojení kartáčového materiálu a kartáčového raménka. Jak teplota nezpracovaného kartáčového materiálu vzrůstá, pojivo změkne nebo zkapalní, což umožní plastickou deformaci kartáčového materiálu. Protože dochází jen k nízkoteplotnímu ohřevu, není kartáčové raménko vyžíháno, což by nastalo, kdyby byl kartáčový materiál slinován při vysokých teplotách, například 400° až 700°C.

Pod tlakem lisovacího postupu za tepla má plasticky deformovatelný kartáčový materiál snahu zalít, ucpat a/nebo uzavřít mezery mezí kartáčovým kontaktem 12 a kartáčovým raménkem 14 a tak vytvořit těsný kontakt s kartáčovým raménkem. Při chladnutí dochází k vytvrzování vytvrditelného materiálu a kartáčový kontakt je pevně zakotven na kartáčovém raménku. Takovýmto způsobem je vytvořeno stabilní a bezpečné připevnění kartáčového kontaktu 12 ke kartáčovému raménku 14.

Kartáčové raménko 14 může být pokryto například cínem, niklem, stříbrem nebo jiným vhodným materiálem pro předcházení nebo znemožnění oxidace během procesu prilisování.

Nezpracovaný kartáčový materiál může být zaveden do lisovacího nástroje vstřikováním, jako přediitek nebo jako předlisované kartáčové těleso. Použitelnost každého z uvedených postupu je částečně závislá na tekutosti použitého materiálu. Vetší množství pojivá zvyšuje tekutost, ale také se zvyšuje odpor kartáčového kontaktu.

Vstřikovaný materiál nebo plochý přediitek je zaveden do lisovacího nástroje proti přední straně 14a kartáčového raménka kde je změkčován a lisován tak, aby protekl otvory 18 v kartáčovém raménku a do dutiny na zadní straně kartáčového raménka, kde pak vytváří jeden nebo více kloboučků 24 na konci výstupků procházejících skrz otvory.

Pri použití předlisováného kartáčového tělesa jsou výstupky 16 umístěny v otvorech 18 v době, kdy jsou nezpracovaný kartáčový materiál a kartáčové raménko umísťovány do lisovacího nástroje a pak lisovací proces za tepla deformuje konce předlisovaných výstupků 16 pro vytvoření kloboučků 24. Předlisované kartáčové těleso je výhodné při použití »* ♦ · · * · · · · • · ···· · · · .· . : : :··:· ·: ¢51^/105 «··« ·· ·♦ * ·· ···· relativně tuhého nezpracovaného kartáčového materiálu vzhledem k tomu, že v tomto případě je během tvářecího postupu vyžadována menší velikosti přesunu kartáčového materiálu.

V obou případech vytváří lisovací proces kloboučky, které upevňují kartáčový kontakt ke kartáčovému raménku a dává konečný tvar tělesu kartáčového kontaktu, včetně, pokud je to požadováno, rýhované kontaktní plochy, opatřené množstvím jemných vyvýšenin.

V druhém provedení kartáče 10, znázorněném na obrázku 5, má kartáčové raménko L4 tri vyříznuté Části ve tvaru otvorů 18, do kterých mohou být vloženy nebo v nich vytvarovány výstupky 16. Jediný klobouček 24 překrývá výstupky 16 a přesahuje na zadní plochu nebo povrch 14b kartáčového raménka 14 za účelem upevnění kartáčového kontaktu 12 na kartáčovém raménku 14. V tomto případě bude odpor spoje mezi kartáčovým raménkem 14 a kartáčovým kontaktem 12 nižší vzhledem k větší styčné ploše mezi těmito dvěma částmi.

V (neznázoměném) pozměněném provedení kartáčové soustavy 10 může mít kartáčové raménko jediný otvor. Samozřejmě bude mít v tomto případě otvor nekruhový tvar, aby se tak zabránilo úhlovému pootočení kartáčového kontaktu vzhledem ke kartáčovému raménku během provozu

Eventuelně může mít pro klínové spojení kartáčového kontaktu s raménkem kartáčové raménko vystřižené části uspořádané podél svých hran. Avšak pro úsporu grafitového materiálu jsou výhodné otvory.

Ačkoliv odpor kartáče podle současného vynálezu bude vysoký v důsledku toho, že pojivo je tvrzené a ne zkarbonizované nebo vypařené, může být tato skutečnost částečně vyvážena zkrácenou délkou kartáčového kontaktu 12.

Takto může být vytvořen kartáč pro elektromotor, který má kartáčový kontakt, jenž je bezpečně a spolehlivě připojen ke kartáčovému raménku a který je obzvlášť vhodný pro provedení s malou délkou.

Provedeni popsaná shora jsou míněna pouze jako příklad a odborníkům v daném oboru techniky jsou zjevné různé modifikace, aniž by došlo k odcházení rozsahu vynálezu, jak jej definují připojené nároky.

Claims (19)

1. Kartáčová sestava pro miniaturní elektromotor obsahující:

kartáčové raménko (14) obsahující protáhlý pásek z pružného vodivého materiálu, který má vzdálenější konec a bližší konec, kde vzdálenější konec má vyříznutou část (18);

kartáčový kontakt (12) z grafitového materiálu, který má výstupek (16) uložený ve vyříznuté Části (18) vyznačující se tím, že kartáčový kontakt (12) má na výstupku integrální klobouček (24), který zajišťuje kartáčový kontakt (12) na kartáčovém raménku (14).

2. Sestava podle nároku 1, vyznačující se tím, že kartáčové raménko (14) má řadu vyříznutých částí ve tvaru otvorů (18) a kartáčový kontakt (12) má odpovídající počet výstupků (16) a každý výstupek má příslušný klobouček (24).

3. Sestava podle nároku I, vyznačující se tím, že kartáčové raménko (14) má řadu vyříznutých částí ve tvaru otvorů (18) a kartáčový kontakt (12) má odpovídající počet výstupků (16) a řadu kloboučků (24), přičemž každý klobouček (24) je vytvořen na jednom nebo společně několika výstupcích (16).

4. Sestava podle nároku 3, vyznačující se tím, že kartáčový kontakt (12) má jediný klobouček (24) vytvořený na vzdáleném konci všech výstupků (16).

5. Sestava podle jakéhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že jeden nebo každý klobouček (24) je nedílně uspořádán s jedním nebo každým výstupkem (16)

6. Sestava podle jakéhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že grafitový materiál kartáčového kontaktu (12) obsahuje při nízké teplotě teplem vytvrditelné pojivo.

7. Sestava podle nároku 6, vyznačující se tím, že kartáčový kontakt (12) je spojen s kartáčovým raménkem (14) procesem lisování za tepla.

* · · ♦ · · · · * .· . : ·: ·: t51^4/105 ··*·♦* «a · ·· ·· · ·

8. Sestava podle nároku 6, vyznačující se tím, že pojivo je vytvrzeno procesem lisování za tepla

9. Sestava podle nároku 7 nebo nároku 8, vyznačující se tím, že pojivo je fenolová pryskyřice.

10. Kartáčová sestava podle jakéhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že kartáčové raménko (14) je z beryliové mědi a je pokryto materiálem vybraným ze skupiny obsahující cín, nikl, stříbro a jejich slitiny, a to alespoň v oblasti styku s kartáčovým kontaktem (12).

11. Způsob výroby kartáčové sestavy pro miniaturní elektrický motor, vyznačující se tím, že zahrnuje stupně:

umístění předlisovaného kartáčového raménka (14), které má alespoň jednu vyříznutou část (18) do formy;

vložení kartáčového materiálu do formy;

lisování kartáčového materiálu do tvaru kartáčového kontaktu (12) připojeného ke kartáčovému raménku (14); a zalisování kartáčového materiálu do alespoň jedné vyříznuté části (18) tvořící spojení (24) celku s kartáčovým kontaktem (12) pro upevnění kartáčového kontaktu (12) v těsném styku s kartáčovým raménkem (14).

12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že vyříznutá část obsahuje alespoň jeden otvor (18) a upevnění je vytvořeno zalisováním kartáčového materiálu přes nebo každým otvorem (18) z přední strany kartáčového raménka (14) pro vytvoření kloboučku (24) na protilehlé straně kartáčového raménka (14).

13. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že kartáčové raménko (14) má řadu otvorů (18) a kartáčový materiál je lisován skrz otvory (18) pro vytvoření řady výstupků (16) procházejících skrz otvory (18) a pro vytvoření jediného kloboučku (24) spojeného s kartáčovým kontaktem (12) řadou výstupků (16).

14. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že kartáčové raménko (14) má řadu otvorů (18) a kartáčový materiál je lisován skrz otvory (18) pro vytvoření řady výstupků (16) a pro • · * ««· · ·· · • · · · · · · · · / . : ·: :··:· ·: 35154/105 ·«·· ·· ·· · ·· ·♦·· vytvoření rady kloboučků (24) spojených se zbytkem kartáčového kontaktu (12) prostřednictvím výstupků (16).

15. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 11 až 14, vyznačující se tím, že kartáčový materiál je v podstatě grafitový materiál smíchaný s teplem vytvrditelným pryskyřičným pojivém a lisovací proces je proces lisování za tepla, kterým se vytvrzuje pojivo.

16. Způsob podle nároku 15, vyznačující se tím, že při operaci lisování za tepla se kartáčový materiál ohřívá na teplotu při které se pojivo začíná tavit.

17. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 11 až 16, vyznačující se tím, že kartáčový materiál je vložen do lisovacího nástroje jako špalík nezpracovaného kartáčového materiálu.

18. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 11 až 16, vyznačující se tím, že kartáčový materiál je nejprve za studená lisován do tvaru nezpracovaného kartáčového kontaktu (12) opatřeného alespoň jedním výstupkem (16); výstupek (16) je vložen do vyříznuté části (18) v kartáčovém raménku (14) a nezpracovaný kartáčový kontakt (12) a kartáčové raménko (14) jsou společně umístěny do formy.

19. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 11 až 18, vyznačující se tím, že kartáčové raménko (14) je před umístěním ve formě pokryto niklem, cínem, stříbrem nebo jejich slitinami, a to alespoň v oblastí, která bude zakryta kartáčovým kontaktem (12).