專利名稱：集流環(huán)及其加強環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在權(quán)利要求1中所介紹的集流環(huán)，以及在權(quán)利要求2中所介紹的這類集流環(huán)的加強環(huán)。
對簡單應用和小負載的集流環(huán)可單由多個薄片和合成樹脂模壓料構(gòu)成，各薄片在圓周上保持間距并由模壓料固定，模壓料亦構(gòu)成一個內(nèi)環(huán)基結(jié)構(gòu)并一般由熱固材料構(gòu)成，該材料可由玻璃纖維增強。然而，在高電、熱和機械負載下，已證實加強環(huán)是可取的或是必要的。這種加強環(huán)在內(nèi)叉件的凹口處環(huán)抱薄片的內(nèi)側(cè)。因為薄片，由于它們的功能要求，必須相互間絕緣，故加強環(huán)不應與內(nèi)叉件有導電接觸。
為此，金屬加強環(huán)，特別是鋼制加強環(huán)，從絕緣材料在其內(nèi)側(cè)作為背襯以獲得高的強度而且有良好的絕緣，已存在了很長時間，然而，這種昂貴的工序不適用于現(xiàn)代化的大規(guī)模的制造。
此外，已有的加強環(huán)，在將薄片與合成樹脂模壓料壓入集電器的過程中必須小心地保持它與薄片的內(nèi)叉件間的距離，因此在金屬加強環(huán)與薄片間要有間隙，使合成樹脂模壓料可充填入內(nèi)。然而，以這種方法制造的薄片的加固與絕緣是不令人滿意的，并與無加強環(huán)的集流環(huán)相比只有很少的改進，因為合成樹脂模壓料不能保持絕緣距離和在加強環(huán)與薄片的內(nèi)叉件之間在熱的和機械的負荷下的壓力傳遞，而這些負載對合成樹脂模壓料而言是危險的。
后者的方法用于金屬加強環(huán)，特別是對鋼制加強環(huán)也是確實的，這些加強環(huán)的合成樹脂絕緣層是以涂刷，浸泡或燒結(jié)的工藝提供的，當合成樹脂軟化時，絕緣層受到威協(xié)以致破壞。
常規(guī)復合材料，諸如玻璃纖維增強塑料，制成的加強環(huán)已被證實是不令人滿意的。玻璃纖維在高溫和在高機械負荷下的伸長導致“軟化”效應，在該狀態(tài)下，集結(jié)在合成樹脂模壓料中的薄片開始松動。這就依次導致了集電器內(nèi)的摩擦熱，由于集電器的非圓周運動和集電刷跳動的結(jié)果，導致了具有嚴重的集電環(huán)打火和高的機械應力的集流環(huán)的軸承表面的尺寸的不精確。
本發(fā)明的目的是提供一種集流環(huán)和一處加強環(huán)，它們允許高的機械和熱負載容量，多少象所獲得和使用的金屬加強環(huán)，特別是鋼制環(huán)的負載量，而其特點是可避免已有的金屬加強環(huán)及其絕緣的弱點。
本發(fā)明的目的由權(quán)利要求1的前序部分和特征部分所描述的集流環(huán)來實現(xiàn)的。此外，該目的由權(quán)利要求2的前序部分及特征部分描述的加強環(huán)來實現(xiàn)的。
可以看到，以往加強環(huán)的弱點是它們的絕緣。以往公認的是，以加襯墊或外殼的常規(guī)方法來形成這種絕緣，而且，特別是用便于操作的合成樹脂來實現(xiàn)。然而，所用熱塑或熱固塑料處于軟化或分解溫度下，這些絕緣會導致集流環(huán)的損環(huán)。另一方面，插入一個支承環(huán)對決定性地擴大這類集流環(huán)的承載能力和工作范圍是適宜的，該支承環(huán)強制地裝配入加強環(huán)內(nèi)，并由在高的工作溫度下有耐壓性的材料構(gòu)成的。
“支承”環(huán)的概念反映了這樣的認識，即它是一個解決支承功能，亦即解決在金屬緊固環(huán)和薄片伸出物間由離心力引起的壓力的傳遞功能的元件。不需要支承環(huán)去吸收張力，張力可加載于緊固環(huán)上，在這方面，值得注意的是，這種支承環(huán)形成一個可裝配入緊固環(huán)內(nèi)的元件。這就保證了在制造時良好的可抓握性和形狀的正確性，和保證了在集流環(huán)制作過程中緊固環(huán)和支承環(huán)的組合，還特別是在用機械工具時所要求的。這還包括了緊固環(huán)和支承環(huán)強制地相互裝配，最好是用壓入裝配，以致這些不僅在搬運時它們可用作好象是一組合的中間環(huán)，而且還保證了在使用中的受高應力的集流環(huán)有一個具備自緊固環(huán)至支承環(huán)和從支承環(huán)至薄片的良好的壓力傳遞的堅實的整體。
在最簡單的場合，支承環(huán)可由玻璃或一種不同的陶瓷材料構(gòu)成，以保證耐高溫和高壓。在已制成的，以模壓料模壓而成的集電器中，這種環(huán)的裝配和承載是幾乎單單是受壓的，而這種材料可獲得在負載下的極高的穩(wěn)定性。玻璃一陶瓷和其它的陶瓷材料可用現(xiàn)代化的加工方法精密地制造。
用諸如玻璃纖維增強塑料的纖維復合物制造支承環(huán)是一種常見的技術(shù)。在這方面，材料應是高度充填的材料是十分重要的。例如，可制成繞線管的，在其中熱塑塑料或熱固合成樹脂基體部分要盡量地少而且僅充滿在纖維間不可避免的空隙;要不然，纖維大多是一根挨一根地直接放置在一起。這種復合體可由現(xiàn)代的做繞線鼓的技術(shù)制成筒狀，纖維以高張力敷設，粘結(jié)基體材料擠壓在其外部，在那里可以剝離或硬固后在車床上將其截斷。
已證實用纖維增強的合成樹脂的高度充填對這類支承環(huán)在負載下的穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。其原理是，相互挨在一起并一根根繞成束的玻璃纖維，即便當基體材料不再在強度方面作有益的貢獻時，是能夠抵抗在集流環(huán)內(nèi)的緊固環(huán)和特殊加載的薄片內(nèi)叉件間的高的局部壓力。由于它們充填密度，環(huán)的纖維是這樣纏繞的保持著它們的緊密的交叉重疊，而且還由于它們很長且在圓周方向固定，它們的位置即使在邊界部位也能長時間的不會變動。有了上述的做法，玻璃纖維的絕緣，即便在加強環(huán)中的合成樹脂成份軟化時，也能保持。
模壓成形的支承環(huán)可以由類似的工藝生成，只要在擠壓壓力下將纖維壓入環(huán)，管，板的模子內(nèi)，在某種程度上，這些形狀使纖維自身成為一種支承復合體。即使在基體材料處于軟化溫度下，這些(纖維)還能在緊固環(huán)和內(nèi)叉件之間形成緊密的，耐壓的中間層。在這方面，當然要考慮合成樹脂模壓料的層狀體包圍并形成了緊固環(huán)的內(nèi)邊界，故即使纖維未能充分地粘結(jié)在一起，也不能拉動或移位。
在上述體例中，主要考慮了玻璃纖維用作纖維材料，雖然不言而喻也可考慮其它耐高溫和高壓的合適的纖維，特別是礦石纖維和陶瓷纖維。
決定其耐壓強度的支承環(huán)的充填材料不需以纖維形式出現(xiàn)。一種合適的材料的顆粒狀，片狀或帶狀結(jié)構(gòu)，如果盡量少使用合成樹脂的話，原則上亦是適宜的，可用它來制造能精確加工、保持形狀并耐高溫和高壓的支承環(huán)。
支承環(huán)最好至少在其一端有一超過緊固環(huán)的軸向伸出物，故可以首先從此端將它推入內(nèi)叉件的凹口內(nèi)，而且還可防止緊固環(huán)與內(nèi)叉件間的直接接觸。
在另一方面，緊固環(huán)可有一彎曲的斷面，以產(chǎn)生一個在橫向的將它與支承環(huán)強制的卡緊，和在裝配時，特別是當將加強環(huán)裝入集電器內(nèi)時和當壓入時，要獲得高度可靠性，即當發(fā)生快速溫度變化時，緊固環(huán)和支承環(huán)不致相互脫開或產(chǎn)生相互間的位移。
可較容易地制造有彎曲斷面的金屬緊固環(huán)，因為現(xiàn)代沖壓加工技術(shù)使從一塊單一的金屬板著手的沖壓加工成為可能。為實現(xiàn)這種意圖，初始的圓形平面部分深沖成盆形。然后由榫接自深沖區(qū)的側(cè)面沖壓出環(huán)。所獲得的盆或帽形取決于所選凸榫的直徑，是在無特別予防措施下成形的。
本發(fā)明的六個主體例示于圖中并在下文作詳細地描述。圖中，
圖1至6示出根據(jù)置入位置區(qū)分的分配給一薄片群的不同形式的緊固環(huán)。
在圖1中，兩只加強環(huán)1與集電器中心軸2同軸。它們由支承環(huán)3和緊固環(huán)4組成。加強環(huán)在集電器薄片后面將它夾緊，圖中，作為示例，只畫出一個薄片5，處于已制成的集電器予定的位置上。該薄片延伸出一個面向集電器中心軸2的內(nèi)叉件6。該內(nèi)叉件6有兩個凹口7和8，在內(nèi)叉件上留下兩塊伸出物9和10。這些伸出物9和10由加強環(huán)1圍住，使薄片不致離心地改變層列，特別是從集電器的中心軸2向外移。在已完工的集電器中，以點劃線11，12和13所表示的橫斷面區(qū)域充滿了合成樹脂模壓料(未示)，故形成了圓柱狀的環(huán)面。
在已知這類集電器的基本構(gòu)思，即具有緊固環(huán)在凹口9、10處包圍薄片的內(nèi)叉件6的情況下，所示出的本發(fā)明的緊固環(huán)有獨物特的構(gòu)造。支承環(huán)由玻璃纖維/合成樹脂復合物構(gòu)成，該復合物由玻璃纖維緊密充填且形成基體的合成樹脂的組分甚小，故可使玻璃纖維材料一條條地延展成束。支承環(huán)呈平矩形斷面的單純的環(huán)狀，它緊緊地、完全地圍抱伸出物9和10。
與之相關(guān)的緊固環(huán)4是一個鋼環(huán)，它由支承環(huán)3將它與內(nèi)叉件6的薄片和實際的薄片體隔開。與密封環(huán)一起，形成了一個可一起裝卸的加強環(huán)。為可靠裝卸起見，更為在兩環(huán)部分間(緊固環(huán)/支承環(huán))壓力傳遞的聯(lián)接起見，規(guī)定用壓入配合。于是，緊固環(huán)和支承環(huán)形成一個堅實的整體，稱為加強環(huán)。同樣，支承環(huán)可用注模法注入緊固環(huán)內(nèi)。
支承環(huán)3的軸向長度幾乎與凹口7和8的軸向長度相一致，這樣，在軸向上蓋住了凹口，而緊固環(huán)4在軸向不重合地層疊于其上。這就形成了一個軸向間隙14，作為緊固環(huán)與銅薄片之間的絕緣間距。在另一側(cè)，緊固環(huán)形成了一徑向的向里的臺肩15，在支承環(huán)3的后面緊抱著它，有了該臺肩，緊固環(huán)在軸向聳出在支承環(huán)上。該臺肩15，一方面形成良好的固有的穩(wěn)定性以防止緊固環(huán)的橢圓性變形，另一方面，還提供了用機械裝御加強環(huán)1的可能性，即安全地抓住該環(huán)1并將它毫無危險地壓入一組待裝配的薄片內(nèi)。
這樣形成的布局可緊接著充填合成樹脂模壓料以形成一完整的集電器。緊固環(huán)4然后由合成樹脂模壓料定位并由在其外周邊處和間隙14中的合成樹脂模壓料使它與銅薄片絕緣。
在圖2中，示出兩個相同的與薄片5相關(guān)的加強環(huán)16，薄片5只局部示出。加強環(huán)16，每個包含一內(nèi)支承環(huán)3和一緊固環(huán)4，它與圖1中的支承環(huán)3和緊固環(huán)4相一致的。一個附加的外支承環(huán)17以壓入裝配法環(huán)抱緊固環(huán)4，于是形成了加強環(huán)16的裝配件。該支承環(huán)17還保證對薄片5抵抗向內(nèi)壓力的支撐，故薄片不致由于特殊的外部負載而向內(nèi)方向移出，而且有了它，薄片也不致在集電器內(nèi)產(chǎn)生橢圓變形，也不會產(chǎn)生某種意義上由于向外移動引起的在薄片鄰近處的附加負載。
在圖3中，再一次示出前面所考慮的薄片的型式。這些薄片，象集流環(huán)的所有的其余的薄片一樣裝配在環(huán)內(nèi)，它們是由加強環(huán)19集聚在一起，加強環(huán)由支承環(huán)3(與圖1和圖2中的相應的號碼的支承環(huán)是一樣的)和緊固環(huán)20組成，而緊固環(huán)與前兩者的緊固環(huán)是不同的，不同之處的根本點是它有一伸出很長的肘狀物斷面21，自薄片的凹口處的外部徑向向內(nèi)明顯地伸出。該肘狀斷面給予抗橢圓變形和彈性的自然振動的高度的穩(wěn)定性。
在圖4中示出兩個加強環(huán)22，它們包括一角形斷面的緊固環(huán)23(在一定程度上與圖3中的緊固環(huán)相類似)。提供了具有相對小的斷面的支撐環(huán)24，它被壓入緊固環(huán)的環(huán)形槽25內(nèi)，并在另一側(cè)迂到在薄片5的內(nèi)叉件6上的一個裝配凹槽26。用這些手段，緊固環(huán)23，支承環(huán)24和薄片5在軸向強制地裝配在一起。
在圖5中，示出了一種特殊的組合加強環(huán)27，它置于薄片內(nèi)叉件6的每個軸向端，薄片內(nèi)叉件的構(gòu)造與前述的體側(cè)相同。該加強環(huán)27有承受高負載的能力，其斷面上有一U形的緊固環(huán)28，它在徑向內(nèi)，外側(cè)包圍著薄片5的相應的伸出物9和10。在每一側(cè)，由具有平矩形斷面的支承環(huán)29或30建立起抗壓的接合面，故使伸出物9或10被夾緊，好象被夾在平行的夾緊鉗之間，并且在承載時不會彎曲，因而不致或多或少地自緊固環(huán)28的夾架中“滑出”。緊固環(huán)28在U形腿形成的表面上有孔31，它可使合成樹脂模壓料在壓合過程中很容易地從中通過。
與上述加強環(huán)27的實施例相比，圖6中的加強環(huán)32有更簡單的形式，對它來說，去掉了第二個支承環(huán)29，于是其夾緊功能也因之而省略了。在只有一個支承環(huán)30的情況下，于是只有一個徑向的抓握功能，因而也只有一個作用在離心方向上的抗載功能。然而，相應的緊固環(huán)28的U形斷面提供了高的負載吸收能力和固有的韌性。同時，它所處的位置好比是一個環(huán)，該環(huán)增強了這類集流環(huán)的內(nèi)鏜孔在將它壓到軸上時抵抗超載的能力。
在所有的所描述的體例中，支承環(huán)是一個元件，它主要承受的是壓力，故可用陶瓷材料預制。特別是，在制造過程中，它與緊固環(huán)一開始就是分別制造的，就會產(chǎn)生簡單而有優(yōu)越性的制造的可能性。最后，將緊固環(huán)和支承環(huán)壓合在一起，符合快速，節(jié)省空間的現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，并且在予張力下可將支承環(huán)卡住，而預張力對它的任務是有好處的。
權(quán)利要求
1.一種具有翼狀銅薄片的電動機的集流環(huán)，銅薄片沿周分布并與內(nèi)叉件(6)錨接，內(nèi)叉件在合成樹脂模壓料的絕緣的支座中有凹口，一種加強環(huán)，它至少包含一個封裝在支座內(nèi)的金屬緊固環(huán)，所述的加強環(huán)在伸出物處的凹口區(qū)內(nèi)環(huán)抱著內(nèi)叉件，并且至少在它的面向伸出物的內(nèi)側(cè)有一絕緣的中間層，其特征是中間層由一支承環(huán)(3，17，24，29，30)構(gòu)成，該支承環(huán)被強制地裝入緊固環(huán)(4，20，23，28)中，并由耐壓的和即使在高的運行溫度下也有絕緣性的材料制成。
2.一種具有若干薄片內(nèi)叉件的電動機的集流環(huán)的加強環(huán)，用于錨接單個的薄片的內(nèi)叉件向內(nèi)突出，大體上在平行于集流環(huán)軸的方向上伸展，并具有帶凹口的表面，這些凹面被加強環(huán)在其后方將它們抱住，加強環(huán)至少包含一個金屬緊固環(huán)，并在其面向凹面的內(nèi)表面上至少有一個絕緣的中間層，其特征是中間層由耐壓并即使在高的運行溫度下也有絕緣性的材料制成的支承環(huán)(3，17，24，29，30)構(gòu)成，并強制裝配入緊固環(huán)(4，20，23，28)內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的加強環(huán)，其特征是，支承環(huán)(3，17，24，29，30)由耐壓并溫度200℃以上仍有絕緣性的材料構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述的加強環(huán)，其特征是，支承環(huán)(3，17，24，29，30)由耐壓和溫度在250℃以上仍有絕緣性的材料構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求2至4所述的加強環(huán)，其特征是，支承環(huán)(3，17，24，29，30)由玻璃構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求2至4所述的加強環(huán)，其特征是，支承環(huán)(3，17，24，29，30)由陶瓷材料構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求2至4所述的加強環(huán)，其特征是，支承環(huán)(3，17，24，29，30)由密實充填的耐壓，耐溫的絕緣材料組成的復合材料構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求7所述的加強環(huán)，其特征是，支承環(huán)(3，17，24，29，30)由密實充填的纖維增強材料構(gòu)成，在該材料中纖維一根根地連續(xù)地伸展。
9.如權(quán)利要求8所述的加強環(huán)，其特征是，纖維增強材料由以高張力纏繞的鼓輪組成。
10.如權(quán)利要求8所述的加強環(huán)，其特征是，纖維增強材料具有由壓力壓實的高組分的纖維。
11.如權(quán)利要求8至10之一所述的加強環(huán)，其特征是，纖維至少大部分為玻璃纖維。
12.如權(quán)利要求2至11之一所述的加強環(huán)，其特征是，支承環(huán)(3，17，24，29，30)至少在一端有一軸向的伸出部位蓋過緊固環(huán)(4，20，23，28)。
13.如權(quán)利要求12所述的加強環(huán)，其特征是，緊固環(huán)(4)在其另一端具有一軸向的伸出物伸過支承環(huán)(3)上并在軸向?qū)χС协h(huán)有一臺肩(15)。
14.如權(quán)利要求13所述的加強環(huán)，其特征是，緊固環(huán)(4，20，23，28)具有角形斷面。
15.如權(quán)利要求14所述的加強環(huán)，其特征是，緊固環(huán)(28)具有U形斷面。
16.如權(quán)利要求2至15之一所述的加強環(huán)，其特征是，緊固環(huán)(4，28)在幾側(cè)為至少一個支承環(huán)(3，17，29，30)所覆蓋。
全文摘要
具有層片的內(nèi)叉件的電動機集流環(huán)，內(nèi)叉件用作錨接向內(nèi)突出、在主要平行于集流環(huán)軸方向伸展的個別的薄片并具有凹形表面為加強環(huán)在其后方將它們抱緊，加強環(huán)是支承環(huán)強制地被裝入金屬緊固環(huán)內(nèi)并與緊固環(huán)一起形成的雙重體，支承環(huán)由耐壓和在高運行溫度下有絕緣性的材料構(gòu)成。加強環(huán)由兩個單獨的環(huán)形成一整體，耐高溫，抗機械應力并給予集電器在負載下的很高穩(wěn)定性和耐疲勞性。
文檔編號H01R43/08GK1101788SQ94190034
公開日1995年4月19日 申請日期1994年1月27日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月1日
發(fā)明者弗蘭里奇·W·尼特霍夫 申請人:弗里德里?！?nèi)特浩夫兩合公司小集流環(huán)工廠