DE102005013105A1 - Carbon brush and method for coating a carbon brush - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kohlebürste (10) mit einer Metallschicht (16, 18) auf zumindest einem Oberflächenbereich (12, 14) der Kohlebürste. Um eine Metallschicht mit guten wärmeableitenden Eigenschaften zur Verfügung zu stellen, wird vorgeschlagen, dass die Metallschicht eine Metallleitlackschicht (16, 18) ist.The invention relates to a carbon brush (10) having a metal layer (16, 18) on at least one surface region (12, 14) of the carbon brush. In order to provide a metal layer with good heat dissipation properties, it is proposed that the metal layer is a metal conductive ink layer (16, 18).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kohlebürste, insbesondere bestimmt für Kleinmotoren, mit einer Metallschicht auf einem Oberflächenbereich der Kohlebürste. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Beschichten einer Kohlebürste, insbesondere zum Beschichten zumindest einer Seitenfläche der Kohlebürste, mit einer Metallschicht.The The invention relates to a carbon brush, in particular determined for small engines, with a metal layer on a surface area of the carbon brush. Further The invention relates to a method for coating a Carbon brush, in particular for coating at least one side surface of the Carbon brush, with a metal layer.

Um die Betriebstemperatur einer Kohlebürste zu reduzieren ist es bekannt, auf eine oder mehrere Seitenflächen einer Kohlebürste eine Metallschicht aufzubringen. Dies kann galvanisch oder durch Aufpressen erfolgen. Auch ein stromloses Beschichten ist zur Beschichtung von Kohlebürsten bekannt, indem diese z. B. in ein Kupfersulfatbad eingebracht werden. Aufgrund der unterschiedlichen chemischen Potentiale erfolgt eine Beschichtung. Das zum chemischen Verkupfern erforderliche Reduktionsmittel ist üblicherweise Formaldehyd.Around to reduce the operating temperature of a carbon brush it is known on one or more side surfaces a carbon brush to apply a metal layer. This can be galvanic or by Pressing done. Even electroless plating is for coating of carbon brushes known by these z. B. are introduced into a copper sulfate. Due to the different chemical potentials is a Coating. The reducing agent required for chemical coppering is usually Formaldehyde.

Aus der DE-A-10 2004 016 149 ist eine metallbeschichtete Kohlebürste bekannt. Das Metall besteht dabei bevorzugterweise aus Kupfer, Silber oder silberbeschichtetem Kupfer, wobei die Schicht durch stromloses Beschichten gebildet wird. Die Schichtdicke selbst kann zwischen 1 und 10 μm betragen.Out DE-A-10 2004 016 149 discloses a metal-coated carbon brush. The metal is preferably made of copper, silver or silver-coated Copper, wherein the layer formed by electroless plating becomes. The layer thickness itself can be between 1 and 10 μm.

Von Industriekohlebürsten her ist es bekannt, Stampflöcher mit einer Silberschicht auszukleiden, um den elektrischen Kontakt der einzubringenden Litze zu verbessern.From Industrial brushes it is known, stamp holes lined with a silver layer to make the electrical contact to improve the introduced strand.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Kohlebürste umweltfreundlich und mit einfachen Maßnahmen mit einer Metallschicht zu versehen, die zu einer merklichen Temperaturerniedrigung beim Betrieb der Kohlebürste führt. Gleichzeitig soll die Schicht zur Erhöhung der Lebensdauer der Kohlebürste führen sowie den Wirkungsgrad eines mit einer entsprechenden Kohlebürste bestückten Motors, insbesondere Kleinmotors verbessern.Of the The present invention is based on the object, a carbon brush environmentally friendly and with simple measures to provide a metal layer, which leads to a significant lowering of temperature during operation of the carbon brush leads. At the same time the layer should lead to increase the life of the carbon brush and the efficiency of a motor equipped with a corresponding carbon brush, especially small engine improve.

Die Aufgabe wird durch eine Kohlebürste der eingangs genannten Art im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Metallschicht eine Metallleitlackschicht ist, die bei einer Temperatur oberhalb normaler Betriebstemperatur der Kohlebürste wärmebehandelt ist.The Task is by a carbon brush of the type mentioned above essentially solved by the metal layer is a Metallleitlackschicht, which in a Temperature above normal operating temperature of the carbon brush heat treated is.

Abweichend vom vorbekannten Stand der Technik wird eine Metallleitlackschicht wie Silber- oder Kupferleitlackschicht auf gewünschte Oberflächenbereiche der Kohlebürste mit Ausnahme der Lauffläche aufgetragen, um eine Wärmeableitung und damit Kühlung der Kohlebürste zu ermöglichen.deviant From the prior art, a Metallleitlackschicht such as silver or Kupferleitlackschicht to desired surface areas the carbon brush except the tread applied to heat dissipation and thus cooling the carbon brush to enable.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass Kohlebürsten, die mit einer entsprechenden Metallleitlackschicht insbesondere auf ihren gegenüberliegenden Breitseiten beschichtet ist, zu einer Temperaturerniedrigung von 20 °C bis 30 °C gegenüber unbeschichteten Kohlebürsten bei gleichen Bedingungen führt. Auch hat sich die Lebensdauer bei gleichzeitiger Verbesserung des Wirkungsgrads des Motors erhöht.Surprisingly has shown that carbon brushes, in particular with a corresponding Metallleitlackschicht on her opposite Broad sides coated, to a temperature reduction of 20 ° C to 30 ° C compared to uncoated carbon brushes under the same conditions. Also, the life span has improved while the Increased efficiency of the engine.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Metallleitlackschicht im Mittel eine Dicke d mit d ≥ 2 μm, insbesondere 30 μm ≤ d ≤ 2 μm, vorzugsweise 6 μm ≤ d ≤ 2 μm aufweist.Especially it is provided that the Metallleitlackschicht a mean thickness d with d ≥ 2 μm, in particular 30 μm ≤ d ≤ 2 μm, preferably 6 μm ≤ d ≤ 2 μm.

Ein Verfahren zum Beschichten einer Kohlebürste der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass auf zu beschichtenden Oberflächenbereich der Kohlebürste eine Metallleitlackschicht aufgebracht wird und sodann die Kohlebürste bei der Temperatur T getempert wird, die oberhalb normaler Betriebstemperatur liegt. Insbesondere wird die Kohlebürste bei einer Temperatur T mit T ≥ 150 °C, vorzugsweise 150 °C ≤ T ≤ 250 °C getempert. In Abhängigkeit von der Schichtdicke sollte die Wärmebehandlung der Kohlebürste über eine Zeit t mit 30 Minuten ≤ t ≤ 240 Minuten, insbesondere 120 Minuten ≤ t ≤ 240 Minuten durchgeführt werden.One Process for coating a carbon brush of the aforementioned Type is characterized by the fact that to be coated surface area the carbon brush a Metallleitlackschicht is applied and then the carbon brush at the temperature T is tempered, the above normal operating temperature lies. In particular, the carbon brush is at a temperature T with T ≥ 150 ° C, preferably Tempered 150 ° C ≤ T ≤ 250 ° C. Dependent on of the layer thickness, the heat treatment of the carbon brush over a Time t with 30 minutes ≤ t ≤ 240 minutes, in particular 120 minutes ≤ t ≤ 240 minutes carried out become.

Die Metallleitlackschicht selbst kann durch Sprühen, Streichen, Tamponieren oder Walzen aufgetragen werden.The Metal conductive paint itself can be sprayed, brushed, tamped or rollers are applied.

Besonders gute Ergebnisse lassen sich auch dann erzielen, wenn die Metallleitlackschicht vor dem Tempern bei Umgebungstemperatur getrocknet bzw. angetrocknet wird.Especially Good results can also be achieved if the metal-conducting lacquer layer dried or dried before annealing at ambient temperature becomes.

Mit entsprechenden Verfahren lassen sich insbesondere reproduzierbare Lackschichten mit einer mittleren Dicke D mit 15 μm ≤ D ≤ 2 μm, insbesondere D ≈ 8 μm auf die Kohlebürste auftragen.With corresponding methods can be reproducible in particular Coating layers with a mean thickness D with 15 μm ≤ D ≤ 2 μm, in particular D ≈ 8 μm on the carbon brush Instruct.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre kann kostengünstig eine Kohlebürste mit einer Metallschicht versehen werden, die zu einer gewünschten Wärmeableitung führt.by virtue of the teaching of the invention can economical a carbon brush be provided with a metal layer to a desired heat dissipation leads.

Großtechnisch wird zum Beschichten der Kohlebürste das Tamponieren bevorzugt, wodurch während des Herstellungsprozesses der Kohlebürste die Metallleitlackschicht auf insbesondere die gegenüberliegenden Breitseiten aufgetragen werden kann, ohne dass die Lauffläche der Kohlebürste beschichtet wird, so dass in Folge dessen das Einlaufverhalten nicht negativ beeinflusst wird.Industrially is used to coat the carbon brush tamponing is preferred, which during the manufacturing process the carbon brush the Metallleitlackschicht applied in particular to the opposite broad sides can be coated without the tread of the carbon brush is, so that as a result, the run-in behavior is not negative being affected.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.Further details, advantages and features of the invention will become apparent not only from the claims, the features to be taken from them - alone and / or in combination - but also from the following description of one of the drawing tion to be taken preferred embodiment.

In der einzigen Figur ist rein prinzipiell eine Kohlebürste 10 dargestellt, die insbesondere für Kleinmotoren wie für Waschmaschinen, Staubsauger, Küchengeräte, Haartrockner, Rasierapparate, Spielzeuge sowie Elektrowerkzeuge für Profis und Heimwerker bestimmt ist. Um die Betriebstemperatur zu reduzieren bei gleichzeitig erhöhter Lebensdauer der Kohlebürste und Verbesserung des Wirkungsgrads des Motors ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass entsprechend der zeichnerischen Darstellung die gegenüberliegenden Breitseiten 12, 14 der Kohlebürste mit einer Metallleitlackschicht 16, 18 versehen sind, über die im erforderlichen Umfang eine Wärmeableitung erfolgt. Die Wärme kann von den Metallleitlackschichten 16, 18 über die Kohlebürstenhalterung, sofern es sich um eine aus Metall handelt, oder über die zwischen der Halterung und der Kohlebürste vorbeiströmende Luft abgeführt werden.In the single figure is purely in principle a carbon brush 10 specially designed for small motors such as washing machines, vacuum cleaners, kitchen appliances, hair dryers, razors, toys and power tools for professionals and DIY enthusiasts. In order to reduce the operating temperature while increasing the service life of the carbon brush and improving the efficiency of the engine, it is provided according to the invention that, according to the drawing, the opposite broad sides 12 . 14 the carbon brush with a metal conductive paint layer 16 . 18 are provided over the required extent heat dissipation takes place. The heat can be from the metal conductive paint layers 16 . 18 via the carbon brush holder, if it is made of metal, or be discharged through the air flowing past between the bracket and the carbon brush.

Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, nicht die Breitseiten 12, 14, sondern nur eine Seitenfläche oder sämtliche Seitenflächen oder nur Bereiche einer oder mehrerer Seitenflächen mit einer entsprechenden Metallleitlackschicht zu beschichten. Erwähntermaßen werden bevorzugterweise jedoch die Breitseiten 12, 14 beschichtet. Als Metallleitlack wird insbesondere ein Silber- oder Kupferleitlack oder Mischungen dieser benutzt, wobei der Leitlack vorzugsweise durch Tamponieren aufgebracht wird. Hierdurch ist großtechnisch kostengünstig ein Beschichten möglich, wobei gleichzeitig sichergestellt ist, dass gezielt die Bereiche der Kohlebürste 10 beschichtet werden, die mit der Metallschicht versehen werden sollen. Andere Beschichtungsmöglichkeiten wie Streichen, Sprühen oder Walzen sind gleichfalls möglich. Allerdings muss dabei darauf geachtet werden, dass die Lauffläche 20 der Kohlebürste 10 nicht beschichtet wird, da andernfalls das Einlaufverhalten der Kohlebürste 10 beeinträchtigt werden könnte.Of course, there is also the possibility, not the broadsides 12 . 14 but to coat only one side surface or all side surfaces or only areas of one or more side surfaces with a corresponding Metallleitlackschicht. Mentioned, however, are preferably the broadsides 12 . 14 coated. In particular, a silver or Kupferleitlack or mixtures thereof is used as Metallleitlack, wherein the Leitlack is preferably applied by tamping. As a result, cost-effective coating is possible on an industrial scale, while at the same time ensuring that the areas of the carbon brush are targeted 10 are coated, which are to be provided with the metal layer. Other coating options such as brushing, spraying or rolling are also possible. However, care must be taken that the tread 20 the carbon brush 10 is not coated, otherwise the running-in behavior of the carbon brush 10 could be affected.

Bevorzugterweise wird die Metallleitlackschicht mit einer Dicke zwischen 15 μm und 2 μm im Mittel aufgetragen, wobei durch Unebenheiten der Kohlebürstenfläche bedingt auch Bereiche Dicken von 30 μm oder mehr aufweisen können. Besonders gute Ergebnisse lassen sich jedoch erzielen, wenn die Schicht 16, 18 flächig die jeweilige Seitenfläche 12, 14 abdeckt.Preferably, the Metallleitlackschicht is applied with a thickness between 15 .mu.m and 2 .mu.m on average, due to unevenness of the carbon brush surface and areas may have thicknesses of 30 microns or more. Particularly good results can be achieved, however, if the layer 16 . 18 areal the respective side surface 12 . 14 covers.

Herstellungstechnisch ist vorgesehen, dass nach Auftragen der Metalllackschicht diese bei Umgebungstemperatur getrocknet bzw. vorgetrocknet wird, um sodann bei Temperaturen wärmebehandelt zu werden, die oberhalb üblicher Betriebstemperatur der Kohlebürste 10 liegt.In terms of manufacturing, it is provided that, after application of the metal lacquer layer, it is dried or predried at ambient temperature, in order then to be heat-treated at temperatures above the normal operating temperature of the carbon brush 10 lies.

Unter Zugrundelegung üblicher Kleinmotoren sind daher Tempertemperaturen im Bereich zwischen 150 °C und 250 °C bevorzugt anzugeben. Die Dauer der Wärmebehandlung sollte im Bereich zwischen 30 Minuten und 240 Minuten, vorzugsweise zwischen 120 Minuten und 240 Minuten liegen.Under Based on usual Small motors are therefore preferred tempering temperatures in the range between 150 ° C and 250 ° C. specify. The duration of the heat treatment should be in the range between 30 minutes and 240 minutes, preferably between 120 minutes and 240 minutes.

Wird eine Silberleitlackschicht zur Beschichtung der Kohlebürste 10 benutzt, so zeichnet sich der verwendete Silberleitlack durch nachstehende Materialeigenschaften aus:
Bezüglich des zu verwendenden Silberleitlacks ist anzumerken, dass der Silbergehalt beim Tamponieren zum Aufbringen der Schicht größer sein sollte als beim Streichen. Unabhängig hiervon sollte der Silbergehalt zwischen 35 % und 70 % liegen. Der Silbergehalt beim Tamponieren kann zwischen 60 % und 65 % und der beim Streichen zwischen 38 % und 42 % liegen.Is a silver conductive ink layer for coating the carbon brush 10 used, the silver conductive paint used is characterized by the following material properties:
With regard to the silver conductive varnish to be used, it should be noted that the silver content in the case of tamponizing for application of the layer should be greater than during brushing. Regardless, the silver content should be between 35% and 70%. The silver content in tamponating can be between 60% and 65% and that on wiping between 38% and 42%.

Ferner sollte der Silberleitlack auf Arcrylatharzbasis aufgebaut sein. Als Lösemittel kommen Acetate und Butoxypropane in Frage. Die Dichte des Silberleitlacks sollte zwischen 1,35 und 1,55 g/cm3 liegen.Furthermore, the Silberleitlack should be based on acrylate resin base. Suitable solvents are acetates and butoxypropanes. The density of the silver conductive ink should be between 1.35 and 1.55 g / cm 3 .

Beim zu tamponierenden Silberleitlack sollte die Viskosität (D = 50s-1) zwischen 2000 und 3000 mPas und bei zu streichendem Silberleitlack die Viskosität (D = 500s-1) zwischen 40 und 50 mPas liegen.In the case of the silver-conducting lacquer to be tamponated, the viscosity (D = 50 s -1 ) should be between 2,000 and 3,000 mPas and the viscosity (D = 500 s -1 ) between 40 and 50 mPas for the silver-conductive lacquer to be coated.

Claims (14)

Kohlebürste (10), insbesondere für Kleinmotoren bestimmt, mit einer Metallschicht (16, 18) auf zumindest einem Oberflächenbereich (12, 14) der Kohlebürste, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht eine Metallleitlackschicht (16, 18) ist.Carbon brush ( 10 ), in particular for small engines, with a metal layer ( 16 . 18 ) on at least one surface area ( 12 . 14 ) of the carbon brush, characterized in that the metal layer comprises a metal conductive ink layer ( 16 . 18 ). Kohlebürste (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallleitlackschicht (16, 18) bei einer Temperatur T oberhalb normaler Betriebstemperatur der Kohlebürste (10) wärmebehandelt ist.Carbon brush ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the metal-conducting lacquer layer ( 16 . 18 ) at a temperature T above normal operating temperature of the carbon brush ( 10 ) is heat treated. Kohlebürste (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallleitlackschicht (16, 18) eine Silber- oder Kupferleitlackschicht ist.Carbon brush ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the metal-conductive lacquer layer ( 16 . 18 ) is a silver or Kupferleitlackschicht. Kohlebürste (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallleitlackschicht im Mittel eine Dicke mit d ≥ 2 μm, insbesondere 30 μm ≤ d ≤ 2 μm, vorzugsweise 6 μm ≤ d ≤ 2 μm aufweist.Carbon brush ( 10 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the Metallleitlackschicht on average has a thickness with d ≥ 2 microns, in particular 30 microns ≤ d ≤ 2 microns, preferably 6 microns ≤ d ≤ 2 microns. Kohlebürste (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Seitenflächen (12, 14) der Kohlebürste (10) beschichtet sind.Carbon brush ( 10 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that two side surfaces ( 12 . 14 ) of the carbon brush ( 10 ) are coated. Kohlebürste (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüberliegende Breitseitenflächen (12, 14) der Kohlebürste (10) beschichtet sind.Carbon brush ( 10 ) after at least one of preceding claims, characterized in that opposite broad side surfaces ( 12 . 14 ) of the carbon brush ( 10 ) are coated. Kohlebürste (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlebürste (10) in ihrer Lauffläche (20) metallleitlackschichtfrei ist.Carbon brush ( 10 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the carbon brush ( 10 ) in its tread ( 20 ) Metallleitlackschichtfrei is. Verfahren zum Beschichten einer Kohlebürste, insbesondere zumindest einer Seitenfläche der Kohlebürste, mit einer Metallschicht, dadurch gekennzeichnet, dass auf zu beschichtenden Oberflächenbereich der Kohlebürste eine Metallleitlackschicht aufgebracht wird und die Kohlebürste anschließend bei einer Temperatur getempert wird, die oberhalb normaler Betriebstemperatur der Kohlebürste liegt.Process for coating a carbon brush, in particular at least one side surface of the carbon brush, with a metal layer, characterized . in that a metal-conducting lacquer layer is applied to the surface area of the carbon brush to be coated and the carbon brush is then tempered at a temperature which is above the normal operating temperature of the carbon brush. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlebürste bei einer Temperatur T mit T ≥ 150 °C, insbesondere 150 °C ≤ t ≤ 250 °C getempert wird.Method according to claim 8, characterized in that that the carbon brush at a temperature T with T ≥ 150 ° C, in particular Tempered 150 ° C ≤ t ≤ 250 ° C. becomes. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlebürste über eine Zeit t mit 30 Minuten ≤ t ≤ 240 Minuten, insbesondere 120 Minuten ≤ t ≤ 240 Minuten getempert wird.Method according to claim 8 or 9, characterized that the carbon brush over a Time t with 30 minutes ≤ t ≤ 240 minutes, in particular 120 minutes ≤ t ≤ 240 minutes is tempered. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallleitlackschicht durch Sprühen, Streichen, Tamponieren oder Walzen auf die Kohlebürste aufgetragen wird.Method according to one of claims 8 to 10, characterized that the metal conductive ink layer by spraying, brushing, tamping or rolling on the carbon brush is applied. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallleitlackschicht vor der Wärmebehandlung bei Umgebungstemperatur getrocknet oder vorgetrocknet wird.Method according to one of claims 8 to 11, characterized that the metal-conductive ink layer before the heat treatment at ambient temperature dried or pre-dried. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallleitlackschicht mit einer mittleren Dicke D mit 15 μm ≤ D ≤ 2 μm, insbesondere D ≈ 8 μm auf die Kohlebürste aufgetragen wird.Method according to one of claims 8 to 12, characterized in that the metal-conducting lacquer layer has an average thickness D of 15 μm ≦ D ≦ 2 μm, in particular D ≈ 8 μm on the carbon brush is applied. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Metallleitlack eine Silberleitlack und/oder ein Kupferleitlack verwendet wird.Method according to one of claims 8 to 13, characterized in that a silver-conducting lacquer and / or a copper conductive lacquer are used as metal-conductive lacquer is used.
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