202018. lajstromszámú szabadalom • Kommutátorszerkezet villamos gépekhez, előnyösen vasúti mozdonyok villamos vontatómotorjához, különösen keskeny nyomtávú mozdonyokban
1 HU 202018 B 2 A találmány tárgya kommutátorszerkezet villamos gépekhez, amely előnyösen alkalmazható vasúti mozdonyokban a villamos vontatómotorhoz és a találmány szerinti kommutátorszerkezetnek különös jelentősége van keskeny nyomtávú mozdonyokban való felhasználás esetén. A legegyszerűbb és így a legüzembiztosabb villamos gép az aszinkron motor. Merev fordulatszámú jelleggörbéje miatt azonban a hajtások egy részében nem használható. Változtatható fordulatszám egyszerűen állítható elő egyenáramú géppel, amelynek jellegzetes alkatrésze a kommutátor, amely egybe van építve a gép armatúrájával. Az egybeépítés miatt annak szerves része, és így kihat a gép főbb méreteire, sőt teljesítményére is. A kommutátor léte azonban erősen korlátozza az egyenáramú gép teljesítményét, mivel az csak az armatúra átmérőjével arányosan növelhető. Az elérhető teljesítmény tehát szerkezetileg határolt, és a határ értékét a kommutátor szerkezeti felépítése döntően befolyásolja. A villamos gépek kommutátora szeleteket tartalmaz, amelyek az esetek zömében fecskefarkas megfogással vannak rögzítve a gép tengelyére. A fecskefarkak kúpos felületrészt tartalmaznak, amelyhez hasonlóan kúpos szorítógyűrűk csatlakoznak. A szorítógyűrűk tengelyirányban meg vannak feszítve és a szorítógyűrűk által átvitt tengelyirányú erő a kúp közvetítésével befelé, vagyis a tengely irányába húzza a szeleteket. A szeletek boltozatként egymáshoz feszülnek és szilárd szeletkoszorút alkotnak. Az előfeszílésnek akkorának kell lennie, hogy a centrifugális erő ne lazítsa fel a boltozatot. A kellő elveszítés létrehozását egyrészt az nehezíti, hogy a kommutátor szeleteit mind egymástól, mind a szorítógyűrűktől el kell szigetelni. A szigetelőanyag inhomogenitást okoz, aminek következtében a kommutátor üzemképességét veszélyeztető lazulások fordulhatnak elő. Nehézséget okoz másrészt az elkerülhetetlen hőtágulási jelenség. A kommutátor ugyanis üzem közben elkerülhetetlenül felmelegszik, és mivel a szeletek rézből készülnek, ezért a nagy hőtágulási együttható miatt a kommutátor méretei megnőnek, a szeletek könnyen befeszülnek, így szükséges a rugalmas szorítóelem, amely a méretváltozásokat felveszi. A befeszülés következtében az alkalmazott szigetelőanyag - a legtöbb esetben mikanit - károsodást szenved és a károsodás miatt lehűléskor a kommutátor szeletei meglazulnak. A kommutátor szeleteinek fellazulását kétféle módon akadályozzák meg. Az egyik megoldás értelmében a szorítógyűrűket hosszú, vékony szárú csavarral rugalmasan feszítik egymásnak. Annál rugalmasabb a csavarral összeerősített kommutátor, minél hosszabbak és vékonyabbak a csavarjai. Ennek határt szab, hogy a csavarok nem lehetnek hosszabbak a kommutátor szerkezeti hosszánál, különben csak emiatt megnövekedne a gép szerkezeti hosszúsága. Másrészt a csavarok nem készíthetők tetszőlegesen vékonyra, mert keresztmetszetüknek el kell viselnie a rájuk ható centrifugális erőt is. Ezen okok miatt a csavarok által megvalósított rugalmasság nem kielégítő, mivel a kívánatosnál keményebb rugózást valósítanak meg. A fecskefarkkal ellátott szeletek rugalmas megszorításának másik lehetősége abban áll, hogy az egyik szorítógyűrűt szilárdan rögzítik a gép tengelyéhez (vagy abból alakítják ki), míg a másik szorítógyűrűt elcsúsztathatóan illesztik a tengelyre és tengelyirányban billenőgyűrűvel feszítik meg. Nagyobb átmérők esetén a billenőgyűrűk a csavaroknál lágyabb rugót valósítanak meg és így az üy módon kialakított kommutátorok nagyobb hőtágulások elviselésére alkalmasak. Ezen megoldás hiányossága, hogy az összeépített gépben a billenőgyűrű megfeszítéséhez szerelőműhely. továbbá hidraulikus présgép alkalmazása szükséges, ennélfogva a kommutátor utólagos javítása körülményes. További hiányossága ennek a megoldásnak, hogy a szorítógyűrűk kúpjai kényesek az egytengelyűségi hibákra, és ezért gyártásuk során szigorú tűréseket kell betartani. A billenőgyűrűs megoldás további hiányossága a viszonylag nagy axiális helyigény, amely a keskeny nyomtávú vasúti űrszelvény mérethatárai miatt korlátozza a villamos motor teljesítményét. A találmány révén elérendő cél a fenti hiányosságok kiküszöbölése és az elsődlegesen megoldandó feladat vasúti villamos vontatómotorok kommutátorának szeletkoszorújához olyan axiális erőkifejtő elem megvalósítása, amely a hagyományosnál kisebb helyigényű kommutátor kialakítását és ezáltal különösen keskeny nyomtávra az előírt teljesítményű vontatómotor megvalósítását teszi lehetővé. A találmánnyal további célunk a hagyományosnál nagyobb rugalmasságú szorítóelem megvalósítása, amely a korábbi megoldásokhoz képest nagyobb mértékben képes felvenni a vontatómotor kommutátorának szélsőséges hőtágulásait. A találmánnyal további célunk a kommutátor szerkezetének olyan módon való kialakítása, amely az ismert billenőgyűrűs megoldáshoz képest egyszerűbben szerelhető és lehetővé teszi a szorítógyűrűnek az összeszerelt gépben való megfeszítését. A találmány szerinti megoldás kommutátorszerkezet villamos gépekhez, előnyös vasúti mozdonyok vülamos vontatómotorjához, különösen keskeny nyomtávú mozdonyokban. A kommutátorszerkezet a villamos gép tengelyén elrendezett kommutátoragyat, szorítógyűrűt, valamint a kommutátoragytól és a szorítógyűrűtől elszigetelt szeletkoszorút, továbbá a kommutátoragyat és a szorítógyűrűt tengelyirányban egymás felé szorító rugalmas elemet tartalmaz. A rugalmas elem peremmel ellátott tányér alakú szorítótárcsa, amelynek a peremhez kapcsolódó kúpos átmeneti része és központi nyílással ellátott középső része van, amely középső rész csavarokkal a kommutátoragyhoz kapcsolódik. A szorítótárcsa peremének a szorítógyűrűhöz támaszkodó oldalán körbefutó dudor van kialakítva. Ez a megoldás az ismert billenőgyűrűs megoldás továbbfejlesztésének tekinthető, amennyiben a billenőgyűrűt rugalmas szőri tótárcsával helyettesítettük, amelynek tányér alakja van és középső részén átmenő csavarok számára lyukak vannak kiképezve. A szorítótárcsán kúpos átmeneti rész van kialakítva, amely benyúlik a kommutátor szeletkoszorúja alá, ahol egyenletes szögosztásban elrendezett csavarokkal kapcsolódik a kommutátornak a villamos motor tengelyéhez illeszkedő agyrészhez. A rugalmas szorítótárcsa külső peremmel van ellátva, amelynek a kúpos ámened rész felé eső homlokfelületén körbefutó dudor van kialakítva. A találmány szerinti kommutátorszerkezet előnyös 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
