Brevet FR2301935A1 — publié le 19760917

LBinvention décrite ci-après concerne les techniques des courants électriques forts et plus précisément les balais en charbon électrographité fonctionnant en service de commutation moyen ou intensif ainsi que leur procédé de fabrication. L'une des voies actuelles de perfectionnement des machines électriques à collecteurs consiste à améliorer les caractéristiques des balais électriques de types connus, par une imprégnation de leurs matériaux par des compositions diverses. Les brevets connus décrivent plusieurs compositions imprégnantes variées. C'est ainsi que dans l'industrie des peintures et des vernis on connait des compositions à base d'huiles végétales avec addition de siccatifs divers. S.S.Hardman détient aux Etats-Unis d'Amérique le brevet nO 2 881 100 du 7 Avril 1959 pour l'imprégnation des électrodes en charbon à l'huile siccative afin de protéger ces électrodes contre la désintégration. Cet inventeur utilise un siccatif combiné sous forme de naphténate de cobalt et de plomb. Le brevet 407987 délivré en Allemagne en 1925 prévoyait la protection contre la dégradation des tiges en graphite et en charbon par imprégnation desdites tiges avec un savon à base d'huile de lin, d'huile de noix de coco et d'huile de bardane. Un brevet n' 1 241 903 délivré en Allemagne Fédérale prévoit 1'imprégnation des balais au charbon par une résine polyester non saturée. Toutefois on obtient des résultats incomparablement mei; leurs en utilisant non pas des naphténates et des savons,mais des linoléates à teneur augmentée en oxydes de métaux. Les brevets les plus proches et les plus récents pour les compositions destinées à imprégner les balais et prévoyant la mise en oeuvre, comme l'un des principaux constituants, un linoléate métallique ont été délivrés sur demandes soviétiques en France, sous le numéro 1 582 198, le 18 Aott 1969, en Grande Bretagne sous le numéro 1 213 350 en date du 25 Septembre 1970, en République Fédérale d'Allemagne en date du 13 Janvier 1972 sous le numéro 1 763 786 et aux Etats-Unis d'Amérique sous le numéro 3 751 294 le 7 Août 1973. Toutefois le linoléate de cobalt, tout en conférant aux balais des caractéristiques de contact satisfaisantes, est insuffisamment stable à l'échauffement, sèche mal en couche épaisse et présente de faibles aptitudes à la cimentation. Le but de la présente invention consiste à éliminer les inconvénients susdits. On s'est donc proposé de créer des balais en charbon électrographité pour machines électriques et d'élaborer leur procédé de fabrication en vue d'améliorer sensiblement les propriétés de contact des balais électriques fabriqués en très grande quantité par imprégnation avec une composition mixte nouvelle se prêtant facilement à l'industrialisation, à base d'une résine glyptal-mélamine mélangée à un linoléate de métaux, de préférence un linoléate de cobalt. La solution consiste en ce que, dans les balais en charbon électrographité des machines électriques dont la matière contient un résidu sec d'une composition organique d'imprégnation uniformément distribué dans l'ensemble du volume après imprégnation et traitement thermique, suivant l'invention le résidu sec qui y est présent à l'état polymère est un mélange de résine mélamine-glyptal de linoléate de métaux. Il est avantageux de mettre en oeuvre le procédé de fabrication des balais en charbon électrographité par imprégnation aux vernis et linoléates de métaux et traitement thermique subséquent jusqu'à l-a polymérisation complète de la composition imprégnante de façon que les 'balais soient imprégnés avec une solution mixte de résine mélamine-glyptal et de linoléate de métaux. L'imprégnation des balais a la'composition susdite améliore sensiblement les caractéristiques de contact du couple de contact glissant et réduit simultanément l'adhérence des poussières de balais aux isolants électriques, ce qui-prolonge la durée de service du couple de contact et augmente la fiabilité en service des machines électriques à collecteurs dans leur ensemble. L'introduction dans la composition imprégnante de la mélamine accélère notablement et améliore le processus de la polymérisation de la composition imprégnante par comparaison au linoléate de cobalt et confère aux balais, par augmentation de leur pouvoir de cimentation, une résistance mécanique accrue sans que les balais exercent une action nocjve sur les lamelles des collecteurs, tandis que la résine glyptal, tout en ralentissant la cinétique de la dégradation thermique, augmente sensiblement la tenue à l'échauffement de la composition imprégnante prise dans son ensemble. La poussière des balais imprégnés est privée dans une mesure notable de son adhérence aux surfaces isolantes des machines, ce qui améliore la fiabilité en service des machines électriques à collecteurs lorsqu'on emploie les balais nouveaux. Une particularité du procédé suivant l'invention d'imprégnation des balais à la composition nouvelle tient à sa simplicité et à son industrialisation facile. A l'encontre des imprégnations mixtes actuellement utilisées et des traitements thermiques compliqués à haute température, sous vide ou sous une atmosphère de gaz inertes appliqués ultérieurement, le procédé considéré prévoit une imprégnation simple au trempé des balais à la nouvelle composition et un traitement thermique subséquent de courte durée, dans un four à atmosphère d'air. Les frais totaux de la mise en oeuvre de l'imprégnation suivant l'invention se chiffrent en moyenne par 10% au maximum du coût total des balais, alors que la durée de service des balais imprégnés augmente du double au triple, ce qui en cas de production de masse donne un effet économique important. L'imprégnation des balais des machines électriques suivant l'invention est simple au point de vue technologique et très efficace au point de vue économique, aussi est-il avantageux de le mettre en oeuvre en premier lieu dans la fabrication des balais en très grande série. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, d'un exemple possible de fabrication des balais. EXEMPLE de fabrication des balais de machines électriques. On dessèche les balais en charbon électrographité ou leurs ébauches exécutées à la cote en conformité avec les indications des dessins, mais sans armature, ni câbles de jonction immédiatement avant l'imprégnation, à une température de 100 à 1200C pendant 1 à 2 heures jusqu'à l'élimination complète de l'humidité, on les refroidit ensuite jusqu'à une température de 60 à 70"C et on les immerge à l'état tiède dans un bain ou dans un autoclave contenant une solution d'imprégnation diluée jusqu'à la viscosité de service. Il est commode de préparer la composition d'imprégnation suivant la formule ci-après: 1 partie de vernis glyptal à l'huile contenant 16% de résine mélamine, 4 parties de linoléate de cobalt contenant jusqu'à 15% d'oxyde de cobalt solvant - essence de térébenthine ou toluène. On dilue la composition d'imprégnation à la température ambiante jusqu'à ce que sa viscosité atteigne la valeur de service. On maintient les balais ou leurs ébauches après immersion dans la solution sans appliquer le vide ou une pression excédentaire pendant une heure et demie à deux heures, après quoi on les extrait, on les débarrasse de l'excédent de la solution et on les dessèche d'après le régime approximatif suivant: 1. à l'air pendant 3 à 5 heures 2. aux températures de 12000 pendant deux heures dO 180"C pendant quatre heures Suivant la marque et l'usage des balais le résidu sec de la composition d'imprégnation au bout du traitement thermique des balais imprégnés peut varier entre 0,5 et 10% de la masse des balais ou de leurs ébauches; on y parvient en faisant varier la viscosité de service de la composition d'imprégnation et les régimes d'imprégnation et de traitement thermique. Quelques résultats des essais. Nous citons dans ce qui suit à titre d'explication quelques résultats caractéristiques d'essais de balais choisis parmi ceux qui sont le plus communément utilisés en U.R.S.S. Le tableau 1 résume les résultats des essais des jeux identiques avant l'imprégnation et après l'imprégnation, montés sur des machines électriques à températures de service jusqu'à i500C fonctionnant sous une atmosphère normale à une vitesse circonférentielle de 25 m/s et à une densité moyenne de courant auxbalais de 10 A/cm2. -TABLEAU 1- Résultats comparés des essais au banc des balais Qualité d'usage des balais n Versions caractéristiques Vitesse d'usure Taux de commu moyenne,mm/100 tation, heures 1 Non imprégnés 1,05 8 2 Imprégnés à teneur en résidu sec de 4,% 0,32 10 3 Comme dans l'essai 2, taillés à mi-hauteur 0,33 10 4 Comme dans l'essai 2, vieillis à 1500C pendant 4000 heures 0,35 9 x) la qualité (le taux) de commutation est appréciée d'après la largeur des zones sans crachage détectées par le procédé du Professeur V.T.Kassianov. Comme le montre le tableau 1, l'imprégnation des balais, tout en améliorant dans une certaine mesure la commutation, augmente du triple leur tenue à l'usure, dont la valeur ne varie pratiquement pas après que les balais eussent été taillés artificiellement de moitié (en hauteur de service) et après un vieillissement à une température de 150t pendant 4000 heures. Le tableau 2 résume les résultats caractéristiques des essais en exploitation des balais de la marque EG-74. -TABLEAU 2 Résultats comparés des essais en exploitation des balais Qualité d'usage des balais nO Versions caractéristiques Vitesse d'usure, Résistance mm/100 heures d'isolement des machines, mégohms au début après des 2000 essais ~~~~~~~~~~~~~~~~~ essais heures 1 Sans imprégnation 0,5 50 3 2 Imprégnés, à teneur en résidu sec de 3,5X 0,27 50 25 Comme l'indique le tableau 2,les balais soumis aux essais après l'imprégnation suivant 1'invention, comparés aux mêmes balais sans imprégnation, ont manifesté une résistance double à l'usure. Les machines à balais imprégnés après 2000 heures de marche conservent une résistance d'isolement en surface huit fois plus élevée. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. -REVENDICATIONS Balais en charbon électrographité pour machines électriques dont la matière contient un résidu sec, uniformément distribué dans l'ensemble du volume d'une composition d'imprégnation organique:après imprégnation et traitement thermique, caractérisé en ce que, comme résidu sec, ils contiennent à l'état de polymère un mélange de résine mélamine-glyptal et de linoléate de métaux. 2.- Procédé de fabrication des balais en charbon électrographité suivant la revendication 2 par imprégnation desdits balais aux vernis et aux linoléates de métaux avec traitement thermique subséquent jusqu'à une polymérisation complète de la composition d'imprégnation, caractérisé en ce qu'on imprègne les balais par une solution mixte de résine mélamine-glyptal et de linoléate de métaux. 3.- Procédé suivant la revendication 3 caractérisé en ce que la solution mixte se compose d'une partie de vernis glyptal à l'huile contenant 16% de résine mélamine et de quatre parties de linoléate de cobalt à teneur en oxyde de cobalt jusqu'à 15%.