JPH09512420A - 集電用パンタグラフ滑り片およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 少なくとも三つの面がカーボンブラシによって囲まれた中空空間と、カーボンブラシを支持するために中空空間内に配置されたキャリア（３）とを有する集電用滑り片。この滑り片は、上記カーボンブラシの上記中空空間の断面よりも小さい断面を有するキャリアの未加工品を与えることにより構成される。それは、中空空間内に挿入され、その断面が膨張し、カーボンブラシにより形成される上記中空空間の表面の少なくとも一部に接触するように変形させられる。導電層（５）が、上記未加工品と上記中空空間の内面の少なくとも一部との間に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】 集電用パンタグラフ滑り片およびその製造方法 本発明は、細長のキャリアとこのキャリアにより支持された細長のカ ーボンブラシを有する集電用パンタグラフ滑り片即ち摺動ストリップのみならず この滑り片の製造方法に関するものである。 例えば電車に使用されている従来の集電用パンタグラフ滑り片は、習 慣的に通常金属で作られているキャリアの上部にカーボンブラシを固定すること により作られている。このブラシはキャリアに、例えば接着、はんだ付けおよび ／または両者を互いに機械的にくさびで留めることにより適宜固定されている。 このキャリアは、カーボンブラシを支持し、滑り片を集電器に固定するために使 われる。 斯る従来の滑り片の製造は、いくつかの欠点を有している。一つの欠 点は、電気的なアークが滑り片に接触しているオーバーヘッドワイヤと金属キャ リアの露出した表面との間で生じ得ることである。湿気、特に集電器上に形成さ れる氷が、アークの生じる可能性を高める。斯るアークは滑り片、特にその金属 キャリアにダメージを与える。もう一つの欠点は、カーボンブラシとキャリアの 熱膨張特性から生じる。作動温度の変化はこの二つのエレメントに異なる膨張を もたらし、それが、温度変化の結果としてバイメタルが曲がるのと似たように、 滑り片全体の変形に導く。このことは、特にカーボンブラシに、機械的なダメー ジを与え、ブラシとキャリアとの間の接合の熱的な過応力状態に導くことがある 。最後に、従来のパンタグラフ滑り片の製造は、カーボンブラシと別個に製造さ れたキャリアとの間の固定、永久的かつ高度に応力を加え得る接合がなされなけ ればならないため、かなりの程度、比較的コストがかさむ。 内部に配置されたキャリアを有するパンタグラフ滑り片は、オースト リア国特許第139,525号および140,894号と同様、ドイツ国特許第431,365号およ び671,946号に開示されている。これらの刊行物は、順次配置された多重セクシ ョンからなる管状カーボンブラシおよび内部に配置され、上記ブラシにより囲ま れた金属キャリアを開示している。このキャリアは、管状で、それは二つの方法 の 内の一つにてブラシに固定されている。このキャリアは、長手方向に切り込まれ かつ元応力を与えられて、ブラシの内面に係合するか（オーストリア国特許第13 9,525号）、もしもブラシ或いはそのセグメントがキャリアに回転しないように 支持されていれば、キャリアとブラシとの間の空間が鋳造金属で満たされている か（ドイツ国特許第431,365号および第506,064号）である。カーボンブラシのカ ーボンは、限られた張力を受けるだけであるので、ブラシの中空の内部の元応力 を与えられたキャリアの使用は比較的に不十分となる。さらに、キャリアとカー ボンブラシとの間の鋳造金属は、両者間の最適な機械的および電気的結合を形成 しない。 本発明の目的は、能率的かつ最新の方法で製造でき、カーボンブラシ とブラシの中空の内部に配置されたキャリアとの間のしっかりした結合を与え、 今日の電気的、機械的負荷に耐え得るパンタグラフ滑り片を提供することにある 。 この目的は、請求の範囲の請求項１に記載のパンタグラフ滑り片、お よび請求項６に記載のその製造方法により達成される。従属的な請求項は、パン タグラフ滑り片、およびそれが本発明により製造される方法のさらなる有利な特 徴に向けられている。 本発明の方法は、管状ブラシの内面に本来の場所のキャリアの形状を 一致させている。このことは、上記中空の内部空間の断面寸法の避けられない公 差を自動的に相殺するキャリアとブラシの内面との間の一様かつ力伝達する接触 を保証している。製造が完了すると、キャリアは滑り片のカーボンを永続的な張 力にさらさない。このカーボンブラシは、少なくともキャリアの三つの面を囲み 、その結果、特に滑り片の長手方向の面は、オーバーヘッドワイヤへのアークが 生じ得る露出していないキャリアの表面を有している。さらに、カーボンブラシ が基本的にキャリアのすべての面を囲んでいるため、ブラシとキャリアの熱膨張 の差が、滑り片を変形させることはない。 本発明の実施例は、図面を参照して記述されている。 図１から４は、本発明の方法により製造されたパンタグラフ滑り片の 異なる実施例の断面図である。 図５および６は、図１のパンタグラフ滑り片の端の長手方向の断面で ある。 図７，８および９は、本発明のさらなる実施例を示し、それぞれ上記 パンタグラフ滑り片の側面図、断面図および詳細な拡大図である。 図１は、カーボンブラシ１とキャリア３から作られたパンタグラフ滑 り片の断面を示している。カーボンブラシ１は、従来のように、集電用のカーボ ン材料から作られており、プレス、或いは押し出し成型により作られ、断面にお いて、ブラシの全長にわたって延びた中空空間の境界を定める。そして、ブラシ １は管状断面を有している。図１に示されるカーボンブラシ１は、矩形断面を有 しているが、いずれかの他の望む形状であってもよい。 キャリア３は、カーボンブラシ１により形成される中空空間内に配置 されている。図示する実施例では、それは中空であり、矩形断面を有し、導電性 、或いは非導電性材料により作られる。図１に示される実施例は、さらに、カー ボンブラシの中空空間の内側で、キャリア３上に配置された長手方向に延在する 導電層５を有している。それは、もしも導電層５が図１に示されるように、より 合わせられた金属ワイヤの紐（band）であるならば、特に好都合である。しかし ながら、導電層はまた、キャリア３の上面および／またはカーボンブラシ１の中 空空間を形成する内面上に形成された金属メッキされた層でもある。 キャリア３は、導電性或いは非導電性材料から作ることができる。も しも、キャリア３が非導電性材料、例えば繊維強化樹脂から作られるならば、そ れは、ブラシの長手方向におけるオーバーヘッドワイヤ（図示せず）からパンタ グラフ滑り片の端部に位置する接点（contacts）へカーボンブラシ１により集め られた電流を導くために導電層５を設けるのに特に好都合である。もしも、キャ リア３が、導電性材料、例えば発泡アルミニウム（foamed aluminum）から作ら れるならば、導電層５は全く必要ない。それにもかかわらず、それを設けること は、カーボンブラシ１からキャリア３への電流を促進するために好都合である。 本発明に従い、図１に示されたパンタグラフ滑り片は、次のようにし て製造される。 管状のキャリア用の未加工品（blank）が、例えば繊維強化、未硬化 樹脂（いわゆる”プレプレグ”）から予め製造され、カーボンブラシ１の中空空 間の断面よりも小さい断面を与えられる。この未加工品は、長手方向に滑らされ てカーボンブラシ１の中空空間になり、そして加圧された流体、例えば圧縮空気 、或いはアルコール−水の混合体が、未加工品の内側に、それを外方に膨張させ るために、その外側がブラシの中空空間を形成する内面に一致し、それに対して 押圧されるまで用いられる。この状態において、樹脂は硬化させられ、上記中空 空間の輪郭に完全に一致したキャリアがもたらされる。そして、このキャリアは ブラシの内側に形状的に固定され（form-locked）、その結果力がそれらの間で 伝わり易くなる。例えば１５０℃の必要とされる硬化温度は、加圧媒体を熱する ことにより、および／またはカーボンブラシ１を外側から熱することにより達成 され得る。 繊維強化樹脂、即ちプラスチックからなるキャリアを作る代わりに、 それはまた、例えばキャリアを変形させ、そしてその外側を中空空間の内側に一 致させるための加圧媒体の膨張効果を用いる上述した方法に従うことにより、発 泡アルミニウムからも作ることができる。より合わせられた金属ワイヤの紐、或 いは導電体として用いられるそれに類するものは、上述したキャリアの未加工品 の挿入と同時に、或いはそれに先立ってカーボンブラシ１の中空空間内に挿入さ れてもよい。その圧力膨張の間にキャリアの未加工品を十分に柔らかくすること により、樹脂は、金属織物５の隙間に入り、その結果この後者は樹脂内に埋設さ れるようになる。 本発明の特に有利な点は、キャリア３を囲むカーボンブラシ１が所望 の外形を付与され得ることである。図１に示される実施例では、カーボンブラシ は、ドイツフェデラル鉄道（German Federal Railways）により指定されている 現在使用中のパンタグラフ滑り片のアルミニウムキャリア上に接着されたブラシ の輪郭に正確に一致する外側の断面輪郭を有している。カーボンブラシ１は、適 当な形状のオリフィスを通してブラシを押し出すことにより、空気力学的に有利 な外側輪郭を含め、所望の形状を付与され得る。 本発明のさらなる重要な利点は、カーボンブラシとキャリアの双方の 自由に選択できる断面から生じる。このことは、設計者が、予期される作動状態 に対して、滑り片に最も適した形状を与えることにより滑り片の重量および質量 分布を最適化することを可能にする。一般的にブラシをキャリアに接着、はんだ 付け、或いはくさび留め（wedging）することにより作られる今日の、従来の滑 り片と対照的に、本発明による滑り片は、上記の両者が交換できるようにするた めに、現在使用されている集電器と全く同様の重量および重量分布を有するよう に、或いはそれが、例えば、従来の集電器の３０％以下の重量を有し、極めて軽 くなるように任意に作ることができる。本発明によりもたらされるこれらの利点 は、集電器の動的性能を著しく改善するために利用できる。 本発明のさらなる著しい利点は、キャリアとそのカーボンブラシに対 する電気接点とが、例えば腐食性ガス、侵略的なちり、塩分を含んだ霧等のよう な環境上の因子に対してより安定しており、影響を受けにくく、その理由は、露 出した金属製或いは樹脂製キャリアを有する現在使用されている集電器とは異な り、カーボン材が本発明のキャリアの全面を囲み、保護しているからである。 図２に示されている実施例では、カーボンブラシ１が、断面において 幅広の下部と概して円形の上部を有する長手方向の中空空間を形成している。長 手方向に延びるキャリア３は、下部に配置され、図１に示された実施例に関連し て記述されたのと類似の方法で形成される。中空空間の上部の円形部は、長手方 向に延びた、弾性的に伸縮可能な管状部材７を収容しており、そしてそれは、カ ーボンブラシ１の内面に対して予め応力を加えられ、かつ電流をオーバーヘッド ワイヤからカーボンブラシの長手方向に流すための導電体として働く。この管状 部材７は、この長手方向に弾性的に伸ばされながら上記中空空間内に挿入される 。その弛緩と同時に、伸びた部材は元の形状に戻り、その部材はそれ自身を膨張 させ、カーボンブラシ１に接触する。 図２に示される実施例は、破断検出チャンネルとして上記中空空間の 上部の円形部の使用を許容している。この目的のために、上記中空空間内で一定 の予め決められたガス圧力を保つ装置がカーボンブラシ１の端部に結合される。 もしも、カーボンブラシ１に亀裂が進むと、或いはもしもこのブラシが上記中空 空間が露出するようになるまで摩滅すると、ガス圧力は降下する。これが検出さ れ、それによりカーボンブラシの損傷、過度の摩滅を知らせることになる。適切 な亀裂検出装置は、当業者にとって公知である。 図３に示される実施例では、カーボンブラシ１は下方に開口したスロ ットを含んでおり、その結果それはその内部の中空空間を完全には囲んでいない 。したがって、図３に示されたカーボンブラシはＣ形となっている。従って、上 記ブラシの中空空間内に配置されたキャリア３’は、大柄で（massive）、Ｔ形 状をしたバーを形作っている。キャリア３’は、例えば発泡プラスチック、樹脂 、或いはアルミニウムからなっている。オーバーヘッドワイヤから集められた電 流を流すための導電層５は、カーボンブラシ１の内面とキャリア３’との間のカ ーボンブラシ１の中空の内部に配置されている。もしも、キャリア３’が導電性 材料からできているのであれば、層５は省略できる。 図４は、図３に示されているようなＣ形断面を有するカーボンブラシ １を示している。キャリア３”は、図１に示されている本発明の実施例に関連し て記述されているのと同様に、ブラシとともに組み立てられる。キャリア３’は 、例えば繊維強化樹脂から作られた管状未加工品として供給され、それは、カー ボンブラシ１内の中空の内部空間内に挿入され、加圧空気で膨張させられ、ブラ シの下方に開口したスリットを形成する側面を含むカーボンブラシの内面に密着 させられる。樹脂の硬化に続いて、Ｔ形キャリア３’は、ブラシの下方に開口し た中空空間を完全に閉じる。図１に示され、図１に関連して述べられたように、 キャリア３’はまた、ブラシ１から滑り片の端部に電流を流すために導電体にぴ ったりと合わせられる。 図５は、図１に示されたパンタグラフ滑り片の端部の可能性のある構 造を示している。長手方向のスリット１１は、カーボンブラシ１とキャリア３の 双方の下方に向けられた面に形成されている。装着ボルト１３は、スリット１１ を貫いて延び、キャリア３の内側にて、そこに適当に取り付けられたヘッド１５ を含んでいる。 図６は、図１に示されたパンタグラフ滑り片の端部を構成するための もう一つの実施例を示している。少なくとも一つの開口部１６が、カーボンブラ シ１とキャリア３の双方の下方に面した壁部に形成されている。装着ボルト１９ は、上記開口部を貫いて延び、そしてキャリアの内側にてナット１８にねじ締め されている。 キャリア３が形成され、硬化させられる前に装着ボルト１９が適所に 配置されるとき、キャリアの形成および硬化がキャリア内にボルトを埋設する。 図７は、本発明にしたがって構成されたパンタグラフ滑り片の側面図 で、下方にカーブしたその端部において、パンタグラフの残りの部分と一体的に 形成され、カーボンブラシにオーバーヘッドワイヤをガイドするために設けられ た側部パンタグラフホーン１ａを示している。 図８は、図７のII−II線断面図である。カーボンブラシ１は、上部に 僅かに切り妻状の部分を含む全体的に卵形の断面を有する長手方向に連続した中 空空間を完全に囲んでいる。管状のキャリア３は、中空空間１ｂ内に配置され、 その形状を、上述したように、中空空間の内面の形状に一致させるために変形さ せられる。薄い導電層５、例えばワイヤメッシュが、キャリア３を完全に囲み、 キャリアと中空空間１ｂを形成するブラシの内面との間に配置されている。 中空空間１ｂとその内部に配置されたキャリア３は、側部ホーン１ａ を含み、図７に示されたパンタグラフ滑り片の全長にわたって延在しており、そ の結果、ホーンもまたキャリアによって支持されている。キャリア３のために使 われている管状の未加工品は、十分に柔らかく、柔軟な条件下で、中空空間１ｂ 内に滑らせて挿入され、その結果それは、その挿入の間、それ自身上記ホーンの カーブした形状に一致する。 図９は、図７の線IIIで丸く囲まれた部分の詳細で、パンタグラフ滑 り片の中央部とホーン１ａとの間の移り変わりを示している。カーボンブラシ１ は、その全長にわたって延びる中空の内部空間１ｂを有している。比較的薄い壁 の管状のキャリア３は、この中空空間内に配置され、導電層５によって囲まれて い る。装着ボルト１３が、カーボンブラシ１の下方に向けられた壁における孔１１ を貫き、それらはキャリア３の内部のナット１５に係合している。ボルト１３は 、滑り片をパンタグラフ構造に機械的に固定するために使用されている。図示す る実施例においてカーボンブラシ１の外側の面に導電性を有するように固定され た金属接点エレメント１０は、滑り片への電気接点をもたらすために設けられて いる。これに代えて、金属接点エレメント１０は、ブラシの下方に向けられた壁 における開口部を貫いて、キャリア３とカーボンブラシ１との間の導電層５に電 気的に結合させられてもよい。 パンタグラフ滑り片のキャリアへのカーボンブラシの接着、はんだ付 け或いはくさび留めによるパンタグラフ滑り片の従来の製造方法とは異なり、本 発明の方法は、事実上さらなる製造ステップを必要とすることなく、本質的に単 一ステップでブラシの中空内部空間の形状にキャリアの形状を直接的に一致させ ている。その結果、キャリアを形状形成、それとカーボンブラシとの機械的かつ 電気的に結合のすべてが、単一のステップで同時に生じている。この方法は、一 体的に構成された側部パンタグラフホーンを含み、真に一体的に形成されたパン タグラフ滑り片を与える。これは、ブラシ、ホーンとキャリアとの間の中間的な 結合がない故、滑り片に対する最適な長さと、長くかつ故障のない作動をもたら す。 キャリアの形状および寸法のカーボンブラシのそれに対する一様な適 応は、滑り片内の電流の最適分布とともに、ブラシに対する一様な機械的支持に 導く。それにより、局部的な過電流の危険性は最少化される。さらに、従来の滑 り片に比して、本発明の滑り片の構造的安定性および弾性は、著しく大きい。キ ャリアとカーボンブラシの熱膨張の差から生じる滑り片の変形は本発明により最 少化され、その理由は、それがブラシの内部にキャリアを配置し、そのことが滑 り片を実質的に張力のない状態にしているからである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも三つの面にてカーボンブラシの長手方向に延びた中空 空間を取り囲む管状のＵ字形或いはＣ形断面を有する細長のカーボンブラシ（１ ）と、このカーボンブラシ（１）を支持する上記中空空間内に配置された細長の キャリア（３）とを含む集電用滑り片において、上記キャリア（３）が、最終的 な形状を、上記中空空間を形成するカーボンブラシ（１）の内面に直接一致させ ることにより与えられるエレメントを備えることを特徴とする集電用滑り片。 ２．上記キャリア（３）が、プラスチック材料からなり、導電性エレ メント即ち導電層（５，９）が、少なくとも上記中空空間の内面の一部と上記キ ャリア（３）との間に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の滑り片 。 ３．上記キャリアがプラスチック材料からなり、導電性繊維、粒子、 或いはこれに類するものが、上記カーボンブラシ（１）の上記中空空間の内面に 面する少なくとも上記キャリア（３）の表面に導電性をもたせるように設けられ ていることを特徴とする請求項１に記載の滑り片。 ４．長手方向のスリットの形状を有する上記カーボンブラシ（１）の 少なくとも一端における開口部、孔、或いはこれに類するものを通して電気接点 エレメントおよび／または機械的取付け装置が上記キャリアに結合されることを 特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の滑り片。 ５．上記カーボンブラシの端部にて、これと一体的に構成されるカー ブしたホーン（１ａ）が設けられ、上記カーボンブラシの上記中空空間が上記ホ ーン（１ａ）を貫いて延び、上記キャリア（３）が上記ホーンのカーブした形状 に対応したカーブした形状を有し、上記ホーン（１ａ）の全長にわたって延び、 このホーン（１ａ）を支持していることを特徴とする請求項１から４のいずれか に記載の滑り片。 ６．管状のＵ字形、或いはＣ形の断面を有する細長のカーボンブラシ （１）を有し、少なくとも三つの面にて上記カーボンブラシによって囲まれた長 手方向に延びる中空空間と、上記カーボンブラシ（１）を支持する上記中空空間 内に配置された細長のキャリア（３）とを有する集電用滑り片の製造方法であっ て、上記カーボンブラシの上記中空空間の断面よりも小さい断面寸法を有する上 記キャリアの未加工品を供給し、この未加工品を上記カーボンブラシの上記中空 空間内に挿入し、上記未加工品の断面を膨張させて、上記中空空間を形成する上 記カーボンブラシの内面の少なくとも一部に接触させることにより、上記未加工 品を完成したキャリアの形状にするステップからなることを特徴とする集電用滑 り片の製造方法。 ７．導電層（５）が、上記未加工品と上記内部空間を形成する表面の 少なくとも一部との間に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の方法 。 ８．上記未加工品が管状体で、内部を加圧媒体にさらされ、膨張させ られることを特徴とする請求項６または７に記載の方法。 ９．上記未加工品が、未硬化プラスチックからなり、それが変形させ られている間またはその後に硬化させられることを特徴とする請求項６から８の いずれかに記載の方法。 １０．上記未加工品の硬化に必要とされる加熱を維持し、或いは引き 起こす熱せられた加圧媒体を支持することを特徴とする請求項８に記載の方法。 １１．加圧媒体として液体、なかでも水とアルコールの混合体を使用 することを特徴とする請求項８または１０に記載の方法。 １２．上記プラスチックが繊維強化プラスチックであることを特徴と する請求項９に記載の方法。 １３．上記未加工品が発泡剤でもって発泡させられ得るアルミニウム 合金により作られ、上記未加工品がそれを形成することにより形作られることを 特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の方法。 １４．上記未加工品が、その表面層上に、導電性繊維、粒子、或いは それに類するものを位置させることにより導電体に形成されることを特徴とする 請求項９または１２に記載の方法。 １５．上記未加工品内に、その変形に先立って、少なくとも一つの電 気接点エレメントおよび／または一つの機械的取り付け装置を少なくとも部分的 に埋設し、適用可能な場合には、硬化させ、上記接点および／または機械的取り 付け装置が、上記キャリアが変形させられるとき、埋設されたままであって、適 用可能な場合には、硬化させられることを特徴とする請求項６から１４のいずれ かに記載の方法。