JPH07509116A - 集電極及び集電極のための補強リング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 集電極及び集電極のための補強リング 技術分野 本発明は、請求項１の上位概念に基（集電極並びに請求項２の上位概念に基くこ の種の集電極のための補強リングに関する。

背景技術 小さな負荷で簡単に使用できる集電極は、薄板とプラスチック成形体とからだけ で成形されており、その際？ｓ板は外周部において押出体によって離隔されて保 持されており、該押出体は、内方のリング状基体をも形成していて、典型的に熱 硬化性材料から成っており、該材料はガラス繊維の混合物によって強化されてい る。しかし電気的、熱的及び機械的な負荷が高い場合には、補強リングが機能的 であり乃至は必要であることが判明した。この種の補強リングは内方ウェブのア ンダカノトの内側で薄板を取り囲んでいる。薄板はその機能上電気的に相互に絶 縁されていなければならないので、補強リングが内方ウェブに対して導電性の接 触部を保育することは許されない。

この目的に対し可成り以前から金属製補強リング、特に鋼製補強リングが使用さ れており、該補強リングは、高い強度と良好な絶縁性とを達成するため、例えば 絶縁材料によって内側で支持されている。しかしこのコスト高の措置は、現代の 大量生産形式には適合することができない。

更に補強リングは、薄板をプラスチック成形体によって集電極にプレスする際薄 板の内方ウェブから慎重に隔離されていなければならない。そのため金属製補強 リングと薄板との間に中間室が存在していて、その内方にプラスチック成形体が 押し込まれつるようになっている。しかしこのようにして形成された、薄板の緊 締及び絶縁機能は充分なものではなく、かつ補強リングを有しない集電極に比較 して極く僅かの改善がなされているだけである。その理由は、プラスチック塑性 材料が厳しい熱的かつ機械的な負荷に晒される際には、絶縁リングと薄板ウェブ との間で絶縁状態と圧力の伝達とをもはや正しく保持することができないように なるからである。

前述のことは、プラスチック絶縁層を塗装法、液浸法又は焼結法で維持している 、金属製補強リング、特に鋼製補強リングについても当て嵌る。プラスチックが 軟化した場合には絶縁が完全に破壊されてしまう。

補強リングが通常の結合材料、例えばガラス繊維強化プラスチックから形成され ている場合でも不充分であることが判明した。温度が高い場合及び機械的な負荷 が高い場合におけるガラス繊維の膨張によって、プラスチック成形体内に組み込 まれた薄板が作業を開始するのに余りにも「軟かい」特性を呈するようになる。

このことが更に、集電極の非円形の走行及びカーボンプランの踊りに基（強いプ ラノスパーク及び高い機械的な負荷によって集電極走行面の寸法の不正確さと、 集ｍｉの内部に摩擦熱とを発生せしめている。

発明の開示 本発明の課題は、集電極乃至補強リングを改良して、集電極が例えば金属製補強 リング特に鋼製リングの、高い機械的及び熱的な負荷容量を達成することができ 乃至は利用することができ、かつ特に公知の金属製補強リングの弱体化とその絶 縁性の劣化とを阻止することができるようにすることにある。

本発明では、請求項１の上位概念に基く集電極から出発して請求項１に記載の特 徴によって、上記課題を解決することができた。更に請求項２の上位概念に基く 補強リングから出発して請求項２に記載の特徴によって上記課題を解決すること ができた。

金属製補強リングの弱点個所は、これまでその絶縁体に存在すると考えられてき た。しかしこの絶縁体は通常の形式で、特に良好に取り扱いうるプラスチックの 内張り又は被覆部によって構成されている。しかし二のことは、集電極の温度が 使用する熱可塑性又は熱硬化性プラスチックの軟化温度乃至破壊温度に到達した 場合には、集電極が破壊するおそれがあることを意味している。一方では、補強 リングに良好に嵌入されて、高い作業温度の場合でも耐圧性である材料から成っ ている支持リングを、中間位置に位置せしめることによって、この種の集電極の 負荷容量と作業領域とを大幅に拡大することができる。

その際「支持リング」という概念は、前述の支持機能、つまり金属製緊締リング と薄板付加部との間の遠心力に基く圧力伝達を受容することができる構造部材で あると理解して頂き度い。この種の支持リングは他方では引張力を受容する必要 はない一引張力は緊締リングに負荷されている。その際重要なことは、支持リン グが緊締リングに嵌入可能なユニットに形成されているということである。この ことによって、製作中においても、緊締リングと支持リングとの結合においても 、また集電極の製作の際の補強リングの取扱いの際においても、特に機械的な補 助手段に要求されているのと同様な良好な捕捉性と形状の正確さとが保証されう るようになる。このため緊締リングと支持リングとが、有利には締り嵌めによっ て相互に充分に嵌入されており、その結果これらのリングは、共通の中間リング が使用されているのと同じ様な取扱いの場合だけでな（、高い負荷がかけられて 使用されている集電極の場合においても、緊締リングから支持リングへの及び支 持リングから薄板への良好な圧力伝達機能を備えた不動のユニットが保証される ようになった。

最も簡単な場合支持リングはガラス又はその他のセラミック材料から成っていて 、高い耐熱強度と圧力強度とが保証されている。プレス成形体によって成形され た完成集電極内には、この種のリングが不動に位置していて、殆んど専ら圧力が 負荷されており、その際この種の材料は極めて高いクリープ強度を達成すること ができる。ガラスセラミック及びその他のセラミック材料は、現代の製作技術に よってこれを正確かつ経済的に製作することができる。

支持リングを例えばガラスファイバ強化プラスチックから成るファイバ複合体か ら製造することは、従来の技術で可能である。その際材料が充分に充填されてい ることが重要である。その場合は、巻取体が熱可塑性又は熱硬化性プラスチック の最小化されたマトリックス成分によって製造されており、該プラスチックは各 ファイバ間の不可避の中間室だけを占めていて、その他のファイバは相互に充分 に当接せしめられている。このような複合体は例えば現代の巻取技術では管とし て製造することができ、その際ファイバは、高い引張力で巻き付けられかつ付着 するマトリックス材料に外方に向って押し付けられ、その位置で掻き取られるか 又は硬化後旋削せしめられる。

ファイバ複合体の高い充填率は、このような支持リングのクリープ強度のために 極めて重要であることが判明した。その基本となる概念は、マトリックス材料が 使用可能な強度をもはや提供することができないような場合に、直接互いに接し て位置して不動に上下に巻き付けられているファイバーが、集電極の内方で緊締 リングと特に負荷された薄板内方ウェブとの間において高い局地的な圧力に耐え ることができるようになっているという点にある。そのように巻き付けられたリ ングのファイバは、その充填密度と、その不動の相互位置と、その位置の周方向 における長いファイバの固定とに基いて、境界領域においても長時間保持可能で ある。これによってたとえ補強リング内のプラスチック構成部分が軟化しても、 絶縁をガラスファイバによって維持することができる。

ファイバ材料が押付は圧力の元でリング形、管形又はプレート形にプレスされて いる場合には、プレス成形された支持リングの場合であっても同様なことが実現 可能であり、しがもファイバ自体が相互に支持複合体内に持ち込まれつるような 形式で実現可能である。

またファイバはコンパクトであって、マトリックス材料の軟化温度の場合であっ てもそれ自体が緊締リングと内方ウェブとの間で耐圧的な中間位置を形成するこ とができる。その際当然注意を払わなければならないことは、プラスチック成形 体から成る薄板部体がそれ以外では緊締リングの内方領域を取り囲んで制限して おり、そのため相互に不充分に結合されたファイバ自体が、自由にシフトしたり 又は移動したりすることができないようになっているということである。

今迄の説明では主にガラスファイバを繊維材料として考えてきたけれども、より 高い耐熱強度及び圧力強度を有する適当な別のファイバ、特に金属繊維乃至セラ ミック繊維も同じ様に対象として考えることができる。

圧力強度を規定している支持リングの充填材料は、必ずしも繊維形状である必要 はない。また可能な限り僅かなプラスチック成分の元で取扱いのためにより正確 な形状の固定した支持リングを製造し、また使用のために耐熱及び耐圧的な支持 リングを製造しようとする場合には、適した材料のクラウン形の小プレート状又 はテープ状の構造体も基本的には使用可能である。

有利には支持リングが少（とも一方の側に緊締リングに亘って軸方向の突出部を 有しており、そのため支持リングをこの側で先づ内方ウェブのアンダカット内に 押し込むことができ、かつ側方では緊締リングと内方ウェブとの間の直接的な接 触を阻止することができるようになっている。

別の側では緊締リングが折れ曲った横断面形状を有し、それによって支持リング に対する側方の形状接続が形成可能であり、かつ取扱いの際特に集電極内に補強 リングを押し込む場合に高い安全性を達成することができ、かつ緊締リング及び 支持リングが急速に温度変化する場合においても相互に解離したり乃至は相互に 移動できないようになっている。

折れ曲った横断面輪郭を備えている金属製緊締リングは、これを相対的に簡単に 製造することができる。

その理由は、現代の押出技術では簡単な薄板プレートから出発する押出製造が可 能であり、その場合は先ず円形状の平面部分をコツプ状に深絞りし、更にその後 「穿孔」によって深絞り領域の側面から１つのリングを打ち抜くようにする。そ の際に得られるコツプ状又は帽子状の輪郭から特別な措置なしで、折れ曲った横 断面を夫々穿孔直径に応じて形成することができる。

図面の簡単な説明 本発明の対象のための６つの実施例を図面に図示し、次にこれを詳しく説明する 。その際図１乃至図６は、組込み位置に対応して薄板に配設された種々の緊締リ ングの図である。

実施例の説明 図１には符号１で２つの補強リングが表わされており、該補強リング１は、集電 極中心軸線２に対し同軸的に延びていて、支持リング３と緊締リング４とから成 っている。補強リング１は集電極薄板に後方から係合し、該薄板の内の１つの薄 板５だけが例えばその完成された集電極のために設けられた位置に描かれており 、その際薄板５は内方ウェブ６と共に中心軸線２に向って突出している。内方ウ ェブ６は、突起９及び１０をそのままにしておく２つのアンダカット７乃至８を 有している。これらの突起９及び１０は緊締リング１によって取り囲まれている ため、薄板は特に遠心力によって中心軸線２から外方に向って変位しないように なっている。完成された集電極にあっては、鎖線１１．１２によってマークされ た横断面領域が（図示されていない）プラスチック成形体によって充填されてお り、そのために円筒形のリング部体が形成されている。

アンダカソト９，１０において薄板５の内方ウェブ６を取り囲んでいる緊締リン グを備えたこの種の集電極の公知の基本理念にあっては、図示された本発明の緊 締リング４が特別な構造を有している。支持リング３はガラスファイバ材料で充 分に充填されたガラスファイバープラスチックの複合材料から成り、その内方で はマトリックスを形成するプラスチックが極めて小さく保持されているので、該 プラスチックはガラスファイバ材料を不動に重ねて位置せしめている。支持リン グ３は偏平な方形横断面を備えた簡単なリング形状を有していて、突起９及び１ ０を形状接続的に取り囲んでいる。

夫々に所属する緊締リング４は、支持リング３によって内方ウェブ６の乃至は本 来の薄板部体の、薄板銅から離隔された鋼製リングであって、シールリングと協 働して取扱い可能な補強リングを形成している。その際信頼性のある取扱いのた めに、更には両リング（緊締リングと支持リング）間の圧力伝達可能な結合のた めにプレス嵌めが行われている。っまり緊締リングと支持リングとは、補強リン グとして剛性かつ不動のユニットを形成している。同じ様に支持リングは緊締リ ング内に射出されていても宜い。

支持リング３は、その軸方向長さがほぼアンダヵット７乃至８の軸方向長さに等 しくなっていて、アンダカット７．８を軸線方向で覆っている。−力支持リング ４は軸方向でずらされてその上方に支承されている。これによって軸方向の中間 室１４が、絶縁ギャップとして緊締リングと薄板銅との間に形成される。他方の 側では緊締リングが半径方向で内方に向いている肩部１５を形成し、該肩部１５ は支持リング３に後方から係合し、該肩部１５によって緊締リング４は、軸方向 で支持リング３を越えて突き出ている。この肩部１５は、楕円変形に対する緊締 リング４の良好な形状強度を達成しており、他方では補強リング１を機械的に取 り扱う際、緊締リングを問題なく捉えてこれを組立の完了した薄板ユニット内に 圧入することができるという可能性も提供している。

次にこのように形成された装置を、完成した集電極にするためプラスチック成形 体で充填する。その場合緊締リング１は、その位置でプラスチック成形体によっ て不動に保持され、かつその外周部及び中間室１４内においてプラスチック成形 体によって薄板銅から絶縁される。

図２には、（上下に一致している）２つの補強リング１６が横断面で図示されて おり、この場合も薄板５は、１部分だけが描かれた配置で図示されている。補強 リング１６は夫々１つの内方支持リング３と緊締リング４とを有し、これらは夫 々図１の支持リング３及び緊締リング４に一致している。付加的な外方支持リン グ１７は、プレス嵌めによって緊締リング４を取り囲んでいて、補強リング１６ の不動の構造部分を形成している。この支持リング１７は薄板５の圧力支持を内 方に向って保護しているため、薄板５は例えば特別な外方の負荷に基いて内方に 向って変位しえないようになっており、従って集電極内部の楕円変形及び隣接す るＭｆ＆の付加的な負荷が、外方に向う変位を惹き起すようなこともない。

図３には既に説明した形式の薄板が再度図示されており、該薄板は（たとえそれ 以外の総ての薄板が実極子の１つのリングに配列されていても）補強リング１９ によって纏められて保持されており、該補強リング１９は、支持リング３（支持 リングには図１及び図２と同一の符号が用いられている）と緊締リング２０とか ら成り、該緊締リング２０は、前述の緊締リングに比較し該リング２０が極めて 大きな横断面屈曲部２１を有しているという点で著しく異なっており、該屈曲部 ２１は薄板のアンダカノトの外方において半径方向で明らかに内方に向って延び ている。この横断面屈曲部２１は緊締リング２０に、楕円変形及び弾性的な固有 振動に対する高い形状強度を与えている。

図４には、（図３の緊締リング２ｏに類似する）折れ曲った横断面を備えた緊締 リング２３を取り囲んでいる２つの補強リング２２が図示されている。その際支 持リング２４は、比較的小さな横断面を有していて緊締リング２３のリング溝２ １内に圧入されており、かつ他方の側には適当な中空ノツチ２６が薄板５の内方 ウェブ６内に設けられている。これによって緊締リング２３、支持リング２４及 び薄板５は、形状接続的な軸方向の不動の位置を確保することができる。

図５には、前述の実施例で構成された薄板５に類似した内方ウェブ６の夫々の軸 方向端部における、特に複雑で高負荷可能な補強リング２７が図示されている。

補強リング２７はＵ字状横断面の緊締リング２８を有し、該緊締リング２８は、 薄板５の対応する突起９乃至１０を半径方向で外方と半径方向で内方の両方で取 り囲んでいる。両側には耐圧性の結合部が、偏平な方形横断面を備えた夫々１つ の支持リング２９乃至３０によって形成されており、その結果突起９乃至１０が 、平行な挟着ジョー間に締め込まれる場合と同じ様に締め込まれるようになり、 かつ負荷でほぼ折れ曲らなくなり、ひいては緊締リング２８の保持部から多小共 滑り出すことができないようになる。緊締リング２８はそのＵ字脚部によって形 成された端面に孔３１を有し、鎖孔３１は、プレスの際にプラスチック成形体が 容易に流出できるようにしている。

図６には、補強リング２７の前述の構成例が簡略化された緊締リング３２の形状 で図示されており、この場合には第２支持リング２９とそれに対応するクランプ 機能とが省かれている。つまり支持リング３０だけで半径方向の保持機能と遠心 力に抗して作用する負荷とが与えられている。しかし対応する緊締リング２８が Ｕ字状の横断面を有しているので、高い負荷受容能と固有強度とが達成されてい る。同時に緊締リング２８は、このような集電極の内方に位置する孔に軸を圧入 する際過負荷に耐えうるようなリングの形式に沿って作用できるような状態にな っている。

説明した総ての実施例にあっては、支持リングが主として圧力の負荷された構造 部材であり、従ってセラミック材料からこれを良好に製作することができる。

特に緊締リングとは別個に製作する場合には、これを簡単かつ有利に製作するこ とができる。更に緊締リングと支持リングとを一緒に圧着することによって、迅 速かつ省力的な近代の製作要求に適応することができ、かつ支持リングをその課 題のために有効である予張力の元に保持することができる。

日６．１ ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、　４ ｌｍｗｎ＄Ｉｍｅ＋Ａｋｌｔ＋ｖｔｇ−ＰＣ”ＥＰ”１００２”６８　Ｎ＄−１ ４Ｎ３　Ｍ　ＮＮＥＸ　Ａ　ＮＮＥＸ　ＥＰＣＴ／ＥＰ　９４１００２２０　！ １ｉＡＥ　［ｉ５５３７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．外周部に扇形状に分配された銅薄板を構えている電動機のための集電極であ って、該銅薄板はアンダカット部を有する内方ウエブ（６）によってプラスチッ クプレス成形体から成る絶縁支持体内に固定されており、少くとも１つの金属製 緊締リングを有する補強リングが支持体内に閉じ込められており、該補強リング は、アンダカットの領域の突起部において内方ウエブを取り囲んでいて、少くと もその突起側の内面に絶縁作用を有する中間層を有している形式のものにおいて 、 中間層が、高い作業温度の場合でも耐圧でかつ絶縁性である材料から成る、緊締 リング（４，２０，２３，２８）に嵌入された支持リング（３，１７，２４，２ ９，３０）から成っていることを特徴とする集電極。 ２．個々の薄板を固定する薄板内方ウエブを備え、かつ少くとも大部分の内方ウ エブが、集電極軸線に対し平行に延びて内方に向って突出していて、補強リング が後方から係合するアンダカット面を有している、電動機集電極のための補強リ ングであって、該補強リングが、少くとも１つの金属製緊締リングを有し、かつ 少くともそのアンダカット面側の内面上に絶縁中間層を有している形式のものに おいて、中間層が緊締リング（４，２０，２３，２８）に嵌入されかつ緊締リン グと共に１つの２重体を形成している支持リング（３，１７，２４，２９，３０ ）として、高い作業温度の場合でも耐圧を有しかつ絶縁作用を有する材料から形 成されていることを特徴とする、集電極のための補強リング。 ３．支持リング（３，１７，２４，２９，３０）が、２００℃を超える温度の場 合でも耐圧性を有しかつ絶縁作用を有する材料から成っていることを特徴とする 、請求項２記載の補強リング。 ４．支持リング（３，１７，２４，２９，３０）が、２５０℃を超える温度の場 合でも耐圧性を有しかつ絶縁作用を有する材料から成っていることを特徴とする 、請求項３記載の補強リング。 ５．支持リング（３，１７，２４，２９，３０）がガラスから成っていることを 特徴とする、請求項２から４までのいずれか１項記載の補強リング。 ６．支持リング（３，１７，２４，２９，３０）がセラミック材料から成ってい ることを特徴とする、請求項２から４までのいずれか１項記載の補強リング７． 支持リング（３，１７，２４，２９，３０）が、絶縁作用を有する、耐圧性でか つ耐熱性である材料成分を多量に含有する複合材料から成っていることを特徴と する、請求項２から４までのいずれか１項記載の補強リング。 ８．支持リング（３，１７，２４，２９，３０）が密度の高いファイバ複合体か ら成り、該複合体内でファイバは相互に充分に接して不動に位置していることを 特徴とする、請求項７記載の補強リング。 ９．ファイバ複合体が高張力で卷き付けられた巻付け体から成っていることを特 徴とする、請求項８記載の補強リング。 １０．ファイバ複合体が圧縮された大量のファイバ成分を有していることを特徴 とする、請求項８記載の補強リング。 Ｈ．ファイバが少くとも大部分ガラスファイバであることを特徴とする、請求項 ８から１０までのいずれか１項記載の補強リング。 １２．支持リング（３，１７，２４，２９，３０）が緊締リング（４，２０，２ ３，２８）に対し少くとも一方の側で軸方向の突出部を有していることを特徴と する、請求項２から１１までのいずれか１項記載の補強リング。 １３．緊締リング（４）が、他方の側に支持リング（３）を超える軸方向の突出 部を有し、かつ軸方向で該突出部に対してストッパ肩部（１５）で当接している ことを特徴とする、請求項１２記載の補強リング１４．緊締リング（４，２０， ２３，２８）が折れ曲った横断面輪郭を有していることを特徴とする、請求項１ ３記載の補強リング。 １５．補強リング（２８）がＵ字状横断面を有していることを特徴とする、請求 項１４記載の補強リング。 １６．緊締リング（４，２８）が複数の面において少くとも１つの支持リング（ ３，１７，２９，３０）によって覆われていることを特徴とする、請求項２から １５までのいずれか１項記載の補強リング。