CONMUTADOR PARA UNA MÁQUINA ELECTRICA Y >'ÉTCDC PARA Sü PRODUCCIÓN DESCRIPCION
La presente invención se relaciona con un conmutador para una máquina eléctrica, comprendiendo un cuerpo portador fabricado ce una materia moldeable y una multiplicidad de segmentos conductores metálicos dispuestos alrededor del eje de conmutador con elementos de conexión dispuestos en estos, siendo que entre respectivamente dos segmentos conductores contiguos se encuentra un intervalo aislante de aire. La presente invención se relaciona además con un método para la producción de semejante conmutador. Conmutadores del tipo precedentemente indicado son conocidos en dos tipos constructivos fundamentalmente diferentes, y a saber como conmutadores tipo tambor y como conmutadores planos. Mientras que los conmutadores de tipo tambor tienen una pista de escobillas dispuesta en forma cilindrica alrededor del eje de conmutador, en el caso de Ies conmutadores planos se encuentra la pista de escobillas en un plano dispuesto en dirección vertical respecto al eje de conmutador. En toco caso, el cuerpo portador que en el caso de los conmutadores tipo tambor tiene generalmente forma de casquiilo, para asegurar la posición de los segmentos conductores metálicos en su disposición establecida aún en condiciones de operación cambiantes, para aislar los segmentos conductores individuales entre s , así corto para fijar el conmutador sobre la flecha de rotor de la máquina eléctrica que debe ser equipada que él, siendo que se lleva a cabo también un aislamiento de ios segmentos conductores respecto a la flecha de rotcr. Con relación a esta función se moldea el cuerpo portador generalmente de una materia moldeadle aislante, generalmente en base a resina de fenol, siendo que la materia rnoldeable - ocasionalmente denominada también materia prensada o sustancia prensada - se inserta a presión en una cavidad de molde correspondiente de una herramienta de inyección envolviendo los elementos de anclaje de los segmentos conductores de manera tal que aquellos elementos de anclaje queden firmemente incrustados en lo que será posteriormente el cuerpo portador. En el marco de la · producción, de conmutadores de ambos tipos constructivos pueden usarse segmentos conductores individuales pref bricados o bien un conductor bruto comprendi ndo los segmentos conductores individuales, siendo que en el caso .mencionado en segundo lugar el conductor bruto se segmenta después de inyectar el cuerpo portador mediante cortes o torneado en los individuales segmentos conductores aislados entre si. Se conocen también conmutadores con cuerpo percador que r-o consiste, o al -nenes no únicamente, de -acería meideable. Asi, ?? G325353 El y DE 19642138 Al describen ' respectivamente el ensamble previo de los segmentos conductores individuales de un conmutador tipo tambor sobre una canasta de ensamble prefabricado que consiste de materia sintética que es envuelto mediante moldeo per inyección con la materia moldeadle en una siguiente etapa y que forma de esta manera un componente permanente, integral ¦ del conmutador . Según DE · 3714098 Ai, el cuerpo portador comprende un elemento de núcleo en forma de casquilio que puede consistir de metal o sustancia aislante, y un revestimiento aislante de pared delgada (manguera, hoja devanada o similar). Los segmentes conductores se disponen alrededor de este cuerpo portante y se fijan mediante anillos de armadura a tensión centra ei cuerpo portante. Los intersticios existentes entre i s segmentes conductores pueden, pero no es forzosamente, llenarse a continuación con la materia moldeadle. Finalmente se conocen también conmutadores tipo tambor sin intervalo de aislamiento con aire entre ios segmentos conductores (per ejemplo, US 1928325 A, US 3280354 A y US 3864821 A) . Según US 1928325 A pueden preverse unos aisladores entre dos segmentos conductores contiguos entre si radialmente afuera contiguos a la pista de escobillas, que consisten de otro material que el cuerpo portador inyectado ce forma mcldeable. ?? el caso de estos conmutadores, entonces, nc es el cuerpo portador inyectado de forma moldeable él que llena ccir.pletarr.er.te los intersticios en re respect i vamen e dos segmentos conductores contiguos en re sí; más bien, se insertan axialmente unos perfiles de aislamiento prefabricados en una región radiaimente exterior contigua a las pistas de escobillas de cada intersticio entre dos segmentos conductores contiguos, que se llena durar.ee la inyección del cuerpo porgante con lengüetas de la herramienta y que por le tanto no se llena con materia moldeadle, después de retirar el conmutador bruto ce la herramienta de inyección. La gran cantidad de propuestas constructivas que se ocupan con conmutadores del presente tipo es prueba del gran requerimiento por conmutadores apropiadas para la práctica de este tipo construc i o. Simultáneamente es desprendióle de esto que hay una gran cantidad ce temas problemáticos que r.c se han resuelto hasta ahora de manera satisfactoria . Esto se relaciona, entre otras cosas, con el hecho de que en ios conmutadores conocidos de. esta ciase diferentes exigencias se encuentran, en parte, en competencia entre . sí; esto comprende particularmente los objetivos respecte a un tamaño constructivo conveniente, alto grado de eficiencia, particul men e con gran potencia, cestos de fabricación bajes asi cer e alea con labilidad y vida úeil del conjurador. Justamente con relación a jos dos crieerios mencionados por último es importante también la realización del cuerpo portador. Ya que en semejantes conmutadores cuyo cuerpo portador ha sido fabricado usando la materia moldeable usual basada en resina de fenol, sufren de igual manera el grado de eficiencia y la conflabilidad y vida útil del conmutador mediante una carbonización particularmente de la superficie libre del cuerpo portador entre los segmentos conductores en la región del intervalo de aislamiento por aire, que favorece la . generación de corrientes parásitas. For el otro lado, también aquellos conmutadores que tienen un cuerpo portador que es fabricado de una materia moldeable relativamente resistente a corrientes parásitas, se presenta una vida útil insatisfactoría porque en este caso el cuerpo portador tiene una estabilidad dimensional comparativamente baja, de manera que la pista de escobillas puede perder su redondez durante la operación, particularmente en el caso de temperaturas elevadas, en los conmutadores tipo tambor, respectivamente perder su planicidad en el caso de conmutadores planos. La presente invención tiene el objetivo de crear un conmutador del tipo mencionado micialmente que puede fabricarse en forma comparativamente económica y que s iir.uitáreamente muestra simultáneamente una alta conflabilidad y vida útil asi como un alta grade de eficiencia particularmente con gran potencia eléctrica. El objetive indicado precedentemente se alcanza según la presente invención, porque el cuerpo portaoor comprende des regiones producidas de materias mcldeables distintas que están unidas a presión en unión positiva, y a saber una base de cuerpo portador y un revestimiento protector contra corrientes parásitas, siendo que el revestimiento protector contra corrientes parásitas que está abierto hacia el exterior y que comprende superficies aislantes cargadas con corrientes parásitas está dispuesto entre los segmentos conductores y consiste de una primera materia moldeable que es más resistente a la corrientes parásitas que la segunda materia moldeable de la base de cuerpo portador. Según la presente invención es entonces esencial en particular que el cuerpo portador consiste de dos diferentes materias moideables con propiedades materiales diferentes, siendo que las superficies aislantes, dispuestas entre los segmentos conductores que tienen respectivamente una superficie aislante abierta radialmente hacia el exterior, cargada con corrientes parásitas, tienen una resistencia mayor a la corrientes parásitas que la región de materia moldeable restante que forma la base del cuerpo portador. Una ventaba particular del conmutador construido según la presente invención consiste en su grado de eficiencia particularmente alto teniendo simultáneamente alta conf iabilidad sin que estas cualidades tuvieran come consecuencia cestos de producción injustificables. Ya que mediante la aplicación de la presente invención pueden producirse conmutadores con cuerpos portadores extremadamente estables en sus dimensiones, de manera que aún en condiciones extremas de operación no se produce una defecto de redondez apreciabie respectivamente falta de planicidad de la pista de escobillas, siendo que se minimiza simultáneamente el riesgo de una pérdida de grado de eficiencia respectivamente de una falla del conmutador a causa de corrientes parásitas. Pa ticularmente conveniente resulta en este contexto que se protegen efectivamente contra carbonización todas las tres superficies que son susceptible a la formación de corrientes parásitas en conmutadores de construcción convencional, a saber las superficies entre respecti amente dos segmentos conductores, en la región del bloqueo con laca contigua a los elementos de conexión, asi como también en la región de la cara frontal opuesta, a los elementos de conexión. No obstante que la presente invención es conveniente en forma particular para llevar a la realidad en conmutadores ' tipo tambor, no se limita a estos. Más cien, la inven ión puede aplicarse en principio de manera correspondí e te también en- conmjtadores planee. Por lo tanto, en la medida que se hace referencia en lo siguiente para explicar la invención a conmutadores tipo tambor, esto no significa limitación alguna de la invención a conmutadores de este .tipo constructivo. Según la . un primer perfeccionamiento preferente de la nvención se está previendo que la materia moldeabie del revestimiento protector contra corrientes parásitas está basado en poliéster, formaldehido de melarr.ina , epóxidc, éster aiiiico u otra resma resistente a la corrientes parásitas, en una combinación de varias de estas resinas o en una combinación de al menos una de estas resinas con resina de fenol. En este caso se puede" " estimar una resistencia aproximadamente del doble en las superficies bajo riesgo del cuerpo portador, en comparación con la producción usual del cuerpo portador completo de resina de fenol. La base del cuerpo portador tiene, a cambio, mejores propiedades mecánicas, particularmente una resistencia térmica y estabilidad de forma superiores que el revestimiento protector contra corrientes parásitas; consiste, de manera particularmente preferida, de una materia moldeabie basada en resina de fenol respectivamente conteniendo resina de fenol. Fura optimizar el conmutador inventivo en si sentido orecedenfemente e-xclicado resoecto 9
¦ a sus propiedades relevantes en la práctica, es suficiente un espesor radial de caca compara i air.erite reducido para ei revestimiento protector contra corrientes parásitas que puede ser para conmutadores de dinensiones usuales, por ejemplo, entre 0.5 y 3 mm. Según coro perfeccionamiento inventivo está previsto que el ancho mayor medido en dirección circunferencial de las regiones individuales del re estimiento protector contra corrientes parásitas es mayor que el ' ancho de los intervalos aislantes de aire que existen entre respectivamente des segmentos conductores contiguos. En esto puede aumentar en particular el ancho de las regiones ' individuales del revestimiento protector contra corrientes parásitas en dirección radial " desde ei exterior hacia el interior, siendo que las regiones individuales del revestimiento protector contra corrientes parásitas se apoyan en unión positiva en su espesor de capa completa en respecti amente ambos segmentos conductores contiguos. Esta modalidad tiene un efecto favorable sobre la estabilidad dimensional y la sujeción segura del revestimiento protector contra corrientes parásitas y con esto sobre la vida útil del conmutador inventivo. Esto es cierto en particular cuando, según otro perfeccionamiento de la invención, ios segmentos conductores tienen elementos de anclaje orientados radial ente hacia el interior que está" anclados ¿ante en el revestimien o protector . centra corrientes parásitas cono también en la base de cuerpo-portador . Otro perfeccionamiento preferido de la invención se distingue porque el revestimiento protector centra corrientes parásitas comprende unas ranuras que se extienden per una parte del espesor que están alineados al respectivo intervalo de aislamiento por aire asociado y lo proyectan hacia el interior. Conmutadores pe feccionados en este sentido se distinguen por un riesgo particularmente reducido de sufrir' daños por corrientes parásitas. Según aún otro perfeccionamiento preferido, de la invención se esté previendo que el revestimiento protector contra corrientes parásitas y la base de cuerpo portador están apoyados el uno en la otra en superficies de limite compartidas. Aquellas superficies de limite pueden tener en particular una estructura no plana, a manera de relieve, de manera que el revestimiento protector centra corrientes parásitas y la base de cuerpo portador encajan entre si en unión positiva. Por otro lade, las superficies de limite pueden estar realizadas también en forma plana. En este contexto es decisivo en medida considerable el método según el cual se produce el conmu ador inventivo. Este se explicará a mayor detalle más adelante. En los conmutadores inventivos, las superficies 11
ce aislamiento orientadas radiaiir.ente hacia el exterior de las regiones individuales del reve st irr-.ier. t o protector contra corrientes parásitas, pueden tener, en particular contiguo a Ies elementos de conexión, respec ivamente un resalte orientado hacia el exterior, en dirección a la pista de escobillas. ün método particularmente preferido para la producción de un conmutador según la presente invención comprende las siguientes etapas: Inserción de segmentes conductores metálicos en una herramienta; llenado con la primera materia moidea le relativamente resistente a corrientes parásitas en intersticios que existen entre respecti amente dos segrtentes conductores contiguos entre si, que están limitados respectivamente radiálmente 'hacia el interior con un nervio de una primera herramienta interior; retiro de la primera herramienta interior; inserción de una segunda herramienta interior que define el contorno del cuerpo portador por moldear; introducción a presión de la segunda materia moldeadle relati amente resistente a calor y estable en su forma en la herramienta, siendo que ambas materias moideable son reticuladas y endurecidas por la presión y el calor de la segunda materia moideable. Par icularmente conveniente es en este método que se requiere sólo una etapa de prensado para la materia moideable, ya que la primera materia moideable puede llenarse sin presión en ios intersticios definidos en lo precedente; correspondientemente, también, se necesita tan solo un scio molde apropiado para el prensado del cuerpo portador. La primera materia ncldeabie en esto es preferentemente de una consistencia pastosa de manera por un lado no se escurre de la herramienta ai retirar la primera herramienta interior, pero por el otro pueda ser deformada bajo la presión de la segunda materia moideable insertada a presión al molde. En este contexto resulta ser particularmente favorable si" la primera materia moideable esté basada en duropiás tices y no esté endurecido aún en el momento de insertar a presión la segunda materia moideable, de manera que la primera materia molaeable se deforma durante la inserción a presión de la 'segunda 'materia moldeadle para apoyarse en unión positiva en los segmentos conductores. Particularmente, la primera materia moideable puede apoyarse en esto en poliéster, formaldehido de melamina, epóxido, ' éster aiilicc otras resinas resistentes a las corrientes parásitas o en una combinación de estas resinas. En ' e.i marco del método de producción precedentemente explicado ios segmentos conductores pueden ser en un principio parte de una conductor bruto en una pieza y separarse el uno del otro hasta después de la formación del cuerpo portador, por ejemplo, mediante cortes con sierra c torneado de elementos de puente que unen ios segmentes conductores entre si. En este caso pueden limitarse los intersticios en los que la primera materia mcldeabie que sirve para formar el revestimiento protector centra corrientes parásitas radialmente hacia el exterior con elementos de puente del conductor bruto. De la misma manera es posible, sin embargo, realizar el método de producción precedentemente explicado también si se usan segmentos conductores prefabricados individualmente que se insertan en una canasta de ensamble de manera en si conocida. En este caso es par icularmente favorable si ios intersticios mencionados están limitados radialmente hacia el exterior con listones distanciadores que forman parte de la canasta de ensamble. Un método alternativo para producir un conmutador según la presente invención comprende las siguientes etapas: Colocación de segmentos conductores metálicos en una primera herramienta; introducción a presión de la primera de las dos materias mcldeabie en una cavidad asociada de la primera herramienta; permitir que la materia mcldeabie insertada a presión endurezca; retirar el producto intermedio comprendiendo los segmentos conductores y la materia mcldeabie endurécida ce la herramienta e inserción de este producto intermedio en una segunda herramienta; inserción a presión de la otra materia iricideable er. una cavidad asociada ce la segunda he ramienta; dejar que endurezca la materia moldeadle insertada a presión en la segunda etapa de inserción a cresión. Una ventaja característica de este método de producción es que se pueden usar también primeras materias moldeable, resistentes a. corrientes parásitas, que en el momento de su procesamiento, son relativamente muy fluidos; también pueden emplearse materias moldeadle termoplásticas resistentes a corrientes parásitas para la producción del revestimiento protector centra corrientes parásitas, lo que no es posible sin más en la variante de producción descrito anteriormente. Se necesitan, sin embargo, dos moldes correspondientemente apropiados ya que las dos materias moldeadles que formar, el cuerpo portante "son prensadas por separado . Sólo para completar, se debe indicar que la presente invención es aplicable de la misma manera para conmutadores con anillos de refuerzo y para conmutadores sin anillos de refuerzo. No se puede deducir del hecho que la siguiente explicación de ejemplos de materialización preferidos de la invención hace referencia sólo a conmutadores sin anillos de refuerzo, que la invención esté limitada en este sentido. A continuación se explica la presente invención a mayor detalle mediante dos ejemplos de realización ?
preferidos representados en el dibujo que se refieren a respectivamente un conmutador tipo tambor. En esto muestra
Fig. 1 una- sección axial ' per una primera modalidad de un conmutador tipo tambor construido según la presente invención, Fig. 2 una sección transversal aumentada por el conmutador tipo tambor según la Fig. 1 a lo largo de la línea II-II, Fig. 3 una sección de una vista lateral del conmutador de tambor según Fig. 1 y 2, Fig. una sección transversal por una herramienta empleada para la producción del conmutador tipo tambor según Fig. 1 a 3 durante la etapa intermedia de fabricación del conmutador tipo tambor correspondiente y Fig. una sección transversal por una segunda modalidad de un conmutador tipo tambor construido según la presente invención. £1 conmutador tipo tambor ilustrado en las Fig. 1 a 3 del dibujo comprende como elementos constructivos esenciales un cuerpo 1 portador producido ce materia oldeable y segmentos 3 conductores distribuidos de manera uniforme alrededor del eje 2 de ccnm.utadcr. Entre dos segmentos 3 conductores contiguos el uno al otro existe respectivamente un intervalo de aislamiento por aire. El cuerpo i portador tiene una perforación 4 concéntrica cor.
el eje 2 que sirve para la ce locación del conmutador sobre ¦ una flecha de rotor. Elementos 5 de anclaje dispuestos hacia el interior de los segmentos 3 conductores están incrustadas en ¦ la .materia moideabie de_ cuerpo i portador para anclar los segmentos conductores confiablemente aún con rotaciones altas no obstante las fuerzas centrifugas que rigen entonces. En el extremo se están previendo en ios segmentos 3 conductores elementos de conexión realizados como cola 6 de unión que, de manera en si conocida, sirven para conectar alambres de bobinado con el conmutador. Se aprecia que les elementos cenectores pueden realizarse alternativamente de otra manera apropiada que como celas de unión, por ejemplo, en forma " de"" "ranuras , respectivamente como corono soldada. Las superficies 7 externas radiales de los segmentes 3 conductores dispuestas en una superficie cilindrica forman la pista para las escobillas 8. En cuanto al contenido de las explicaciones precedentes, el conmutador representado en las Fig. 1 a 3 corresponde al arte previo suficientemente conocido, de manera que no serán necesarias explicaciones más detallada s . El cuerpo 1 portador consiste de dos diferentes materias meideables que tienen diferentes propiedades materiales; comprende una revestimiento 9 protector contra corrientes parásitas cuyas regiones individuales tienen respectivamente una superficie 1G de aislamiento abierta radiaimente hacia el exterior, . dispuestas entre los segmentos 3 conductores, y una base 11 de cuerpo percador que ocupa la parce restante del cuerpo 1 portador. Según la presente invención, sólo ei revestimiento 9 protector contra corrientes parásitas que tiene un espesor radial relativamente reducido pero simultáneamente una mayor resistencia a las corrientes parásitas, que la base 11 de cuerpo portador. E el ejemplo de realización mostrado, este se logra perqué la case 11 de cuerpo portador consiste ce una materia moldeadle conteniendo resina de fenol, mientras que ei revestimiento 3 protector centra corrientes parásitas consiste de una resina de 'poliéster, resina de melamína y/o resina epoxi . Semejante combinación de materias proporciona a la base 11 de cuerpo portador mejores propiedades mecánicas, en particular una mayor estabilidad térmica que tiene el reves miento 9 protector centra corrientes parásitas. Los elementos 5 de anclaje alineados hacia el interior de los segmentos conductores están anclados mediante incrustación correspondiente en la respectiva materia moldeable tanto en ei revestimiento 9 protector centra corrientes parásitas como en la base 11- de cuerpo portador.
Las superficies 10 · ce aislamiento del revestimiento 9 protector contra- corrientes parásitas alienados hacia el exterior, desplazados hacia el interior respecto a la pista de escobillas tienen contiguo a las colas 6 de unión respectivamente un resalte 12 alineado hacia el exterior. Fio. 4 muestra aquella etapa del método durante la fabricación del conmutador tipo tambor ilustrado en las figuras 1 a 3, donde 'empieza la formación del revestimiento 9 protector contra corrientes parásitas consistiendo de la materia molceable relativamente resistente a corrientes parásitas. Se usa para esto una herramienta de varias partes que comprende una herramienta 13 exterior y una primera herramienta 14 interior', la herramienta 13 exterior comprende ••en esto a su vez una cubierta 15 e cuya superficie interior se apoyan unos listones 16 distanciadores de una canasta de ensamble. Estos últimos determinan la distancia entre respectivamente dos segmentos 3 conductores contiguos entre si y definen ce esta manera las dimensiones de lo que posteriormente serán los intervalos de aislamiento por aire del conmutador tipo tambor. La primera herramienta 14 interior comprende nervios alienados hacia . el exterior. Estos se apoyan con superficies de obturación respectivamente en ios elementos 5 de anclaje de dos segmentos 3 conductores contiguos entre 19
sí. De esta manera se del irrita mediante dos segmentes 3 conductores contiguos entre si, un listón 16 distanciader •dispuesto entre estos un nervio 17 también dispuesto entre ios respectivos segmentos 3 conductores respectivamente un intersticio 18, que puede rellenarse para la formación respectivamente de las regiones individuales del revestimiento 9 protector centra corrientes parásitas con la primera materia moldeadle resistente a corrientes parásitas, tal cono se ilustra en Fig. 4 Una vez que se haya retirado la herramienta 14 interior se 'aplica una segunda herramienta interior - no mostrada - que determina mediante una cavidad de moldeo correspondiente el contorno del cuerpo portador por producir. En aquella cavidad de moldeo se inserta a presión la cantidad de primera materia moldeadle relativamente estable dimensionalmente requerida para formar la base 11 de cuerpo portador, siendo que la primera materia moldeadle produce una unión positiva con la presión y la temperatura apropiadas y se apoya firmemente en los segmentos 3 conductores asociados. Tai cerno se muestra esto en las Fig. 1 y Fig. 2, se genera en esto un superficies 19 de límite con estructura irregular a modo de relieve entre la base 11 de cuerpo portador y el revestimiento 9 protector contra corrientes parásitas donde las dos materias mcldeabíes enca an entre si en unión positiva. ?. causa del calor introducido por la secunda materia moldeadle se produce una reticulación y endurecimiento también de la primera materia moldeadle . Fie;. 5 muestra la producción de un conmutador tipo tambor inventivo (teniendo otros detalles constructivos) en la aplicación de un método de producción alternativo. En una primera etapa de producción se produce la dase 11 de cuerpo portador usando una primera herramienta, siendo que se inyecta bajo presión una materia moldeadle estable dimensicna_mente en la cavidad de molde de la primera herramienta. Una vez que la base 11 de cuerpo portador producida de esta manera haya endurecido, se coloca el producto intermedio en una segunda herramienta donde se forman, mediante inyección de la segunda materia moldeadle resistente a corrientes parásitas en una cavidad de molde' correspondiente, las regiones 20 individuales del revestimiento 9 protector contra corrientes parásitas y se concluye de esta manera la formación del cuerpo 1 portador. Las regiones 2C individuales del revestimiento 9 protector centra corrientes parásitas encajan en ambos lados en ahuecamientos 21 correspondientes de los segmentos 3 conductores. En la región de su superficie 10 de aislamiento, las regiones 2C individuales del revestimiento 9 orotector centra corrientes oarásitas tienen respectivamente una ranura 22 que está alienada acia el intervalo de aislamiento por aire respectivamente asociado y lo proyecta raaiaimente hacia el interior. Se aprecia que es posible también permitir en el marco de la invención que e los mátodcs precedentemente explicados las dos etapas de producción se desarrollen en orden inverso. Sólo para aclarar sea mencionado en forma complementaria que el' conmutador ilustrado en Fig . 5 apreciablener.te puede producirse también usando la primera variante de método, al igual co o la segunda variante de método es apropiada también para la producción del conmutador según Fig. 1 a 3 - eventualmente con excepción de la configuración "especifica de la superficies 13 ce limite .