ES2301694T3 - Guia para escobillas de carbon y procedimiento para su fabricacion. - Google Patents
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Abstract
Guía para escobillas de carbón (10, 40) para una escobilla de carbón, especialmente una escobilla de carbón multicapa (12, 44), que consiste en una chapa metálica (42) provista de una capa aislante (20, 44) al menos del lado de la escobilla de carbón, caracterizada porque la chapa metálica (42) de la guía para escobillas de carbón (10, 40) es una chapa de acero con una capa de estaño, provisto de una materia para pintar a modo de capa aislante (20, 44).
Description
Guía para escobillas de carbón y procedimiento
para su fabricación.
La presente invención comprende una guía para
escobillas de carbón, para una escobilla de carbón, especialmente
una escobilla de carbón multicapa, elaborada con una chapa metálica
provista de una capa aislante, al menos del lado de las escobillas
de carbón. La invención también se refiere a un procedimiento para
la fabricación de la guía para escobillas de carbón para una
escobilla de carbón como una escobilla de carbón multicapa.
En caso de las guías para escobillas de carbón,
también denominadas portaescobillas de carbón, se trata de
artículos masivos, de los cuales se elaboran anualmente
aproximadamente 40 millones de piezas para escobillas de carbón
multicapa que se aplican sobre todo en motores de lavadoras. Las
portaescobillas de carbón correspondientes consisten, usualmente,
en chapa de latón, dado que de este modo se brinda una buena
conductividad eléctrica. Además, la chapa de latón posee ventajas
en lo que respecta a su elaboración, es decir, se requieren bajos
costes de herramientas.
Si se colocan escobillas de carbón multicapa en
un portador que consiste, correspondientemente, en material
conductor eléctrico, se debe elegir un juego axial grande y un juego
radial, siendo el juego axial mayor que el radial, para evitar una
corriente de cortocircuito. Los términos radial y axial se utilizan
respecto del conmutador sobre el cual se apoya la escobilla de
carbón multicapa. Dado que los motores de lavadoras trabajan con
rotación tanto hacia la izquierda como hacia la derecha,
consecuentemente la escobilla de carbón se inclina y se desplaza
sobre el borde de la escobilla. Por ello se producen ruidos. En la
posición inclinada, están en contacto el pasador de carbón de la
escobilla de carbón multicapa y el portaescobillas de carbón,
posibilitando una corriente de cortocircuito, de modo que surgen
temperaturas elevadas en el devanado y en el colector.
Para aplicar guías para escobillas de carbón o
portaescobillas correspondientes, también donde reina una elevada
humedad atmosférica, se utiliza chapa de latón con un recubrimiento
galvánico, como chapa de latón niquelada, para evitar el
acardenillado.
Pero las chapas de latón son caras, de modo que
se han utilizado alternativamente chapas de acero recubiertas a
ambos lados con placas de latón cómo material portador de escobillas
de carbón. Sin embargo posee la desventaja de que el procesamiento
es complejo y por ello se generan costes de herramientas
relativamente caros.
Además se conocen las portaescobillas de carbón
o las guías para escobillas de carbón de chapa de acero, que, sin
embargo, presenta desventajas por su tendencia a oxidarse.
Por la memoria EP 0 358 812 A1 se conoce un tubo
portaescobillas para una escobilla multicapa, en que las paredes de
guía están recubiertas con una capa aislante de
politetrafluoretileno. Para que el politetrafluoretileno presente
una adherencia suficiente sobre la chapa, se metaliza con la llama y
posteriormente se sinteriza. Este procedimiento de recubrimiento no
sólo es costoso, sino que, además, presenta la desventaja de que la
capa presenta un espesor relativamente grande con tolerancias
relativamente elevadas, y como consecuencia, que las escobillas de
carbón alojadas en las guías para escobillas de carbón configuradas
correspondientemente presentan un juego indeseado, que por un lado
produce ruidos y por el otro un desgaste relativamente elevado de
las escobillas de carbón. Si se aplicaran capas correspondientes de
politetrafluoretileno, mediante, por ejemplo, rociado, se
obtendrían capas más delgadas, que, sin embargo, no presentarían una
dureza mecánica de tal magnitud que técnicamente pudiera aplicarse
en portaescobillas.
De la memoria US 3.983.432 se puede tomar un
portaescobillas de carbón que presenta una placa portante de
plástico el la que se han colocado guías de metal para escobilla de
carbón.
En la memoria EP 0 547 437 A2 se describe un
tubo guía para escobillas de carbón de chapa de latón que puede
insertarse y encastrarse en una carcasa para escobillas de material
aislante.
En una disposición de los portacarbones acorde
la memoria EP 1 117 160 A1, se contempla una placa de plástico en
la cual se encuentran segmentos de metal de guía para escobillas de
carbón fijados a cierta distancia entre sí.
Un portaescobillas de metal se conoce por la
memoria DE 934 001 C. Para excluir corrosión a causa de películas
de aceite acumuladas, está previsto recubrir el metal con una capa
de laca sintética de resina fenólica.
La presente invención se origina a partir del
problema de perfeccionar una guía para escobillas de carbón, así
como un procedimiento para su fabricación, de modo tal que se puedan
elaborar económicamente guías para escobillas de carbón como
artículos masivos. A su vez, durante el funcionamiento se debe
producir poco ruido. También se desea obtener una reducción del
desgaste de las escobillas de carbón.
Acorde a la invención, el problema se resuelve
esencialmente con una guía para escobillas de carbón cuya chapa
metálica es una chapa de acero con una capa de estaño, provista de
una materia para pintar a modo de capa aislante. En ese caso, la
materia para pintar es especialmente una laca como laca de
resinafenólica, de resina epoxi o una laca de poliestireno, sin
restringir por ello la materia para pintar que conforma la capa
aislante.
\newpage
La materia para pintar misma debe aplicarse
sobre la chapa de acero estañada con un espesor D_{a} de 0,001 mm
\leq D_{a} \leq 0,05 mm. En tanto que la chapa de acero se
extrae de un rollo, se puede llevar a cabo un proceso de
recubrimiento continuo, para conducir posteriormente la chapa de
acero extraída del rollo y recubierta por un horno continuo, y
endurecerla. Usualmente esto se lleva a cabo utilizando lacas de
resina epoxi por un periodo de tiempo de entre 10 y 20 minutos a una
temperatura de entre 180ºC y 220ºC. Gracias a estas medidas se
pueden obtener espesores de la capa especialmente definidos y
regulares, es decir, con tolerancia fina. Sin importar el espesor
de la capa delgado, del área de, por ejemplo, 0,02 mm, se obtiene un
efecto aislante suficiente con una buena resistencia mecánica.
Acorde a la presente invención, se utiliza
entonces una hojalata de la cual se puede disponer económicamente y
que se puede tratar fácilmente y con bajo costo de herramientas. El
peligro de oxidación o acardenillado no se incrementa. Como
consecuencia, se impiden las desventajas de guías para escobillas de
carbón conocidas, conservando al mismo tiempo sus ventajas.
En el perfeccionamiento de la invención está
previsto que entre la escobilla de carbón y la guía para escobillas
de carbón haya un juego axial y/o un juego radial, correspondiente a
la Norma DIN 43008, una posibilidad que en el estado de la técnica
no se puede cumplir. De este modo, se obtiene una guía precisa de la
escobilla de carbón con, como consecuencia, una reducción al mínimo
del ruido. Al mismo tiempo se evita un incremento indeseado de la
temperatura del sistema guía para escobillas de
carbón-escobilla y colector y su devanado, de modo
que, como consecuencia, se puede reducir el desgaste de las
escobillas de carbón.
Mediciones comparativas han demostrado
sorprendentemente que en caso de la utilización de una guía para
escobillas de carbón acorde a la invención se logra una reducción
del desgaste respecto de una de latón de 15-20%.
Esto significa, a su vez, que los tiempos de estacionamiento
requeridos para los motores se pueden lograr con una longitud de
construcción de las escobillas de carbón un 15-20%
más corta respecto de los las utilizadas hasta ahora. Como
consecuencia se puede reducir el espacio requerido por el motor.
También se logran ahorros de material. Inversamente, manteniendo
las escobillas de carbón habituales, se pueden dilatar los
intervalos de servicio, por lo que se obtienen ventajas
especialmente en caso de motores utilizados de modo profesional o
semi profesional, por ejemplo, en plantas de alquiler.
Según otra propuesta, está previsto que, por
segmentos, la chapa de acero estañada no esté recubierta es decir,
no presente material eléctrico aislante. El área correspondiente
puede ser utilizada como segmento funcional de una escobilla de
carbón, a modo de cola de unión para un conductor eléctrico.
Para colocar una guía para escobillas de carbón
acorde a la invención en una placa portante de material conductor
eléctrico como una placa de cojinete, está previsto que la guía para
escobillas de carbón se disponga en un alojamiento de material
aislante eléctrico, como una carcasa.
De modo alternativo, existe la posibilidad de
proveer a ambos lados de la guía para escobillas de carbón, de
material aislante eléctrico.
La capa aislante eléctrica, especialmente de
laca de resinafenólica, de resina epoxi o laca de poliestireno,
también debería presentar en el exterior un espesor de entre 0,001
mm y 0,05 mm. Eventualmente, la superficie exterior de la guía para
escobillas de carbón puede estar provista de material aislante
eléctrico sólo en las áreas en que se lleva a cabo la unión con una
placa portante.
Un procedimiento para la fabricación de una guía
para escobillas de carbón del modo mencionado al comienzo se
caracteriza por los siguientes pasos de procedimiento:
- -
- Utilización de una chapa de acero estañada, extraíble de un rollo,
- -
- Extracción de la chapa de acero del rollo y su recubrimiento continuo con una materia para pintar aislante
- -
- Conducción de la chapa de acero recubierta con la materia para pintar por un horno de paso continuo, y posteriormente configuración de la guía para escobillas de carbón, la cual se lleva a cabo especialmente cortando y/o punzonando y plegando y/o doblando la chapa de acero.
Mayores detalles, ventajas y características de
la invención se deducen no sólo de las reivindicaciones de dichas
características para sí y/o en combinación, sino también de la
siguiente descripción de los modos de ejecución preferidos
deducibles del dibujo.
Se muestran:
Figura 1 un primer modo de ejecución de una guía
para escobillas de carbón con escobillas de carbón multicapa,
Figura 2 un corte transversal a través de la
guía para escobillas de carbón acorde a la figura 1,
Figura 3 segmentos de una chapa metálica,
Figura 4 una representación principal de una
guía para escobillas de carbón, configurada acorde al estado de la
técnica, con la escobilla de carbón dispuesta en ella,
Figura 5 un segundo modo de ejecución de una
guía para escobillas de carbón,
Figura 6 un detalle de la guía para escobillas
de carbón acorde a la figura 5 y
Figura 7 un recorte de una placa portante de una
disposición de los portacarbones.
En la figura 1 está representada,
principalmente, una guía para escobillas de carbón 10, también
denominada portacarbón que, en el ejemplo de ejecución, aloja y
guía a una escobilla de carbón multicapa 12, sin que por ello se
restrinja la invención. La escobilla de carbón multicapa 12
consiste, acorde al ejemplo de ejecución, en dos pasadores de
carbón 14, 16, separados entre sí por una capa aislante 18. Este
tipo de escobillas de carbón multicapa 12 se aplica, por ejemplo,
en motores de lavadoras.
La guía para escobillas de carbón 10 consiste,
acorde a la invención, en un segmento de una chapa de acero
laminada en frío de un espesor D_{s} de aproximadamente 0,5 mm,
que presenta una capa de estaño aplicada, por ejemplo,
electrolíticamente. El espesor de la capa de estaño puede, por
ejemplo, ascender a 2 g estaño/m^{2} de superficie de acero, para
dar sólo un valor a modo de ejemplo. Una chapa de acero
correspondientemente estañada también se denomina hojalata.
Acorde a la invención, la hojalata está provista
de una capa 20 compuesta de un material aislante eléctrico del lado
de las escobillas de carbón, pudiendo tratarse especialmente de una
capa de laca de laca de resinafenólica, laca de resina epoxi o
laca de poliestireno. El espesor de la capa de material aislante
eléctrico debería hallarse en el área de entre los 0,001 mm y 0,05
mm, preferentemente en el área de los 0,01 mm - 0,03 mm. La capa 20
puede ser aplicada sobre la hojalata en un proceso de recubrimiento
continuo, especialmente cuando la hojalata es extraída de un rollo.
La capa de laca aplicada puede ser endurecida inmediatamente, siendo
suficiente un tiempo de permanencia en el horno continuo de entre
10 y 20 minutos a una temperatura de entre 180ºC y 220ºC.
Las capas aislantes correspondientemente
delgadas presentan una estabilidad mecánica suficiente, al mismo
tiempo que suficientes características aislantes eléctricas. Gracias
a esto se puede llevar a cabo, por ello, una adaptación geométrica
estrecha de la guía para escobillas de carbón 10 a la escobilla de
carbón 12, con la consecuencia de que el juego radial S_{r} y el
juego axial S_{a} respecto del eje de giro de un conmutador
pueden ser realizados de modo muy pequeño. A su vez, el juego radial
y el juego axial pueden ser regulados de modo tal que se
correspondan completamente con la Norma DIN 43008. Gracias a ello se
puede suprimir casi por completo el ruido durante el
funcionamiento. Al mismo tiempo se reduce un calentamiento
indeseado, por un lado del sistema de guía para escobillas de
carbón 10 y escobilla de carbón 12 y, por otro lado, del colector y
del arrollamiento del inducido, por lo cual se obtiene una reducción
del desgaste de la escobilla de carbón 12.
Estas ventajas no se obtienen en el estado
actual de la técnica, como se desea demostrar a partir de la figura
4. En la figura 4 están representadas sólo principalmente las
paredes de limitación 22, 24 de un portacarbón de latón, para
conducir de modo axial a una escobilla de carbón multicapa 26, que,
a su vez, yace sobre un conmutador 28 para la transmisión de
corriente. Para reducir cortocircuitos, el juego axial y el juego
radial entre la escobilla de carbón 26 y la guía para escobillas de
carbón deben seleccionarse de modo relativamente grande, asimismo
el juego axial debe ser mayor que el juego radial. En el caso de su
aplicación en lavadoras, que trabajan con rotación tanto hacia la
izquierda como hacia la derecha, la escobilla de carbón 26 se
inclina, y con ello los pasadores de carbón 30, 32 se hallan en
contacto lineal (áreas 34, 36) junto a las paredes 22, 24, de modo
que fluye una corriente de cortocircuito. Como consecuencia de ello
surgen temperaturas elevadas del devanado y del colector, que
provocan un desgaste elevado. También el ruido es relativamente
elevado.
A causa de la configuración acorde a la
invención, de la guía para escobillas de carbón 10 y de la
adaptación geométrica estrecha de la escobilla de carbón multicapa
1, se obtiene una reducción del juego axial y del juego radial, con
la consecuencia de que no se presentan los incrementos de
temperatura y se reduce o se evita casi por completo un desarrollo
de ruido. Además, las mediciones comparativas de guías para
escobillas de carbón de latón arrojaron como resultado una
reducción en el desgaste de una guía para escobillas de carbón
configurada acorde a la invención de entre un 15 y un 20%. De ese
modo, conservando los tiempos de estacionamiento requeridos, se
puede implementar una escobilla de carbón de una longitud de
construcción un 15-20% más corta, por lo que se
reduce, a su vez, el espacio requerido del motor, y, a su vez, se
requiere una menor cantidad de material. De modo inverso, si se
aplicaran escobillas de carbón con la longitud habitual, se
prolongarían los intervalos de servicio, una ventaja considerable
especialmente en caso de motores utilizados de modo profesional o
semi profesional.
Si a partir de las figuras 1 y 2 se ha descrito
que una guía para escobillas de carbón 10 compuesta por una chapa
de acero estañada, acorde a la invención, sólo está revestida del
lado de las escobillas de carbón con un material aislante
eléctrico, por ejemplo, una laca, es que también existe la
posibilidad de revestir una guía para escobillas de carbón 40 en la
cara interior y en la exterior, como queda claro a partir de las
figuras 5 y 6. La guía para escobillas de carbón 40 consiste, a su
vez, en un cuerpo base 42 de una chapa de acero estañada,
recubierta en su cara interior y exterior con una capa aislante
eléctrica 44, 46 especialmente de laca de resina epoxi, cuyo
espesor se encuentra en el área de entre 0,001 mm y 0,05 mm. La
correspondiente guía para escobillas de carbón 40 puede, luego, ser
aplicada de inmediato en una placa portante de material conductor
eléctrico como placa de motor 42, sin que se requiera otro
aislamiento adicional. Si, por el contrario, se aplicara la guía
para escobillas de carbón 10 acorde a las figuras 1 y 2 en una
placa portante de material correspondiente, la guía para escobillas
de carbón se debería disponer primero en un alojamiento de material
aislante eléctrico, como una carcasa, unido a su vez con la placa
portante.
Correspondientemente al ejemplo de ejecución de
la figura 1, la guía para escobillas de carbón 40 también aloja, en
principio, una escobilla de carbón multicapa 44, que consiste, de
modo conocido, en pasadores de carbón 46, 48 y una capa aislante 50
que discurre entre ellos.
Por lo demás, la guía para escobillas de carbón
40 puede presentar, como es habitual, zonas convexas para el
alojamiento de los resortes 52, 54.
La chapa de acero estañada utilizada para la
guía para escobillas de carbón 10, 40 puede estar provista de
material aislante eléctrico, como una capa de laca, de modo
completo, como se muestra en la figura 3, (representación de la
izquierda) o parcial (representación de la derecha en la figura 3).
El área no recubierta, identificada en la figura 3 con el número de
referencia 56, puede ser utilizada como segmento funcional. El
segmento o franja no recubiertos 56 pueden, por ejemplo, ser
utilizados como parte de unión eléctrica durante el punzonado del
devanado del portaescobillas a partir de la chapa de acero estañada
extraída de un rollo o una franja.
Claims (16)
1. Guía para escobillas de carbón (10, 40) para
una escobilla de carbón, especialmente una escobilla de carbón
multicapa (12, 44), que consiste en una chapa metálica (42) provista
de una capa aislante (20, 44) al menos del lado de la escobilla de
carbón, caracterizada porque la chapa metálica (42) de la
guía para escobillas de carbón (10, 40) es una chapa de acero con
una capa de estaño, provisto de una materia para pintar a modo de
capa aislante (20, 44).
2. Guía para escobillas de carbón acorde a la
reivindicación 1, caracterizada porque la materia para pintar
es una laca, o contiene dicho material.
3. Guía para escobillas de carbón acorde a la
reivindicación 1 o 2, caracterizada porque la laca es una
laca de resinafenólica, de resina epoxi y/o una laca de
poliestireno o contiene dicho material.
4. Guía para escobillas de carbón acorde a al
menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada
porque la materia para pintar presenta un espesor D_{a} de 0,001
mm \leq D_{a} \leq 0,05 mm.
5. Guía para escobillas de carbón acorde a al
menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada
porque la chapa de acero presenta un espesor D_{s} de 0,1 mm
\leq D_{s} \leq 0,8 mm.
6. Guía para escobillas de carbón acorde a al
menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada
porque la chapa de acero presenta un espesor D_{s} de
aproximadamente 0,5 mm.
7. Guía para escobillas de carbón acorde al
menos a una de las reivindicaciones anteriores caracterizada
porque el juego axial y/o radial existente entre la escobilla de
carbón (12) y la guía para escobillas de carbón (10) se corresponde
con la Norma DIN 43008.
8. Guía para escobillas de carbón acorde a al
menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada
porque, por segmentos, la chapa de acero no está recubierta.
9. Guía para escobillas de carbón acorde a al
menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada
porque la chapa de acero no está recubierta en un área (56), que es
el segmento funcional de la guía para escobillas de carbón.
10. Guía para escobillas de carbón acorde al
menos a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada
porque la guía para escobillas de carbón (10) se encuentra en un
alojamiento de material aislante eléctrico, como una carcasa, que,
a su vez, está unido a una placa portante de material conductor
eléctrico, como una placa de cojinete.
11. Guía para escobillas de carbón acorde a al
menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada
porque la guía para escobillas de carbón (40) presenta en su cara
interior y exterior una capa (44, 46) de la materia para pintar,
especialmente de laca.
12. Procedimiento para la fabricación de una
guía para escobillas de carbón como guía para escobillas de carbón
multicapa, especialmente una guía para escobillas de carbón acorde a
una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por los
siguientes pasos de procedimiento:
- -
- Utilización de una chapa de acero estañada, que se extrae de un rollo,
- -
- Extracción de la chapa de acero del rollo y su recubrimiento continuo con una materia para pintar aislante
- -
- Conducción de la chapa de acero recubierta con la materia para pintar por un hornode paso continuo, y posteriormente
- -
- Configuración de la guía para escobillas de carbón.
13. Procedimiento acorde a la reivindicación 12,
caracterizado porque la configuración se lleva a cabo
cortando y/o punzonando y plegando y/o doblando la chapa de
acero.
14. Procedimiento acorde a la reivindicación 12
o 13, caracterizado porque la chapa de acero recubierta es
conducida por el horno continuo por un período de tiempo t con 5 min
\leq t \leq 30 min, especialmente 10 min \leq t \leq 20
min, a una temperatura T de 160ºC \leq T \leq 250ºC,
especialmente 180ºC \leq T \leq 220ºC.
15. Procedimiento acorde a una de las
reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque la materia
para pintar es aplicada sobre la chapa de acero estañada de modo
tal que tras el endurecimiento se obtiene un espesor de la capa
D_{a} de 0,001 mm \leq D_{a} \leq 0,05 mm.
16. Procedimiento acorde a una de las
reivindicaciones 12 a 15, caracterizado porque se utiliza una
chapa de acero con un espesor D_{s} de 0,1 mm \leq Ds \leq
0,8 mm.
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