DE102005054686B3

DE102005054686B3 - Carbon brush with connecting cable e.g. for electric motor of fuel pump, has stripped section of cable sufficiently long for insulating wall of cable to lie in blind hole

Info

Publication number: DE102005054686B3
Application number: DE200510054686
Authority: DE
Inventors: Gottfried Kain; Gerhard Bachauer
Original assignee: Hoffmann and Co Elektrokohle AG
Current assignee: Hoffmann and Co Elektrokohle AG
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2005-11-16
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2025-11-17

Abstract

A carbon brush (1) with connecting cable (3) in which the length of the stripped end-section of the cable (3) is dimensioned in relation to the length of the blind-hole (2) so that the insulating wall (5) of the cable (3) lies in the blind hole (2) and its bottom edge lies deeper than the upper edge of the blind hole (2). The tamped powder (6) in the blind hole (2) is filled to a height above the bottom edge of the insulating wall (5), and is located in the annular space between the insulating wall (5) and the inner wall of the blind hole (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kohlebürste mit Anschlusskabel.The The invention relates to a carbon brush with connection cable.

Kohlebürsten werden in elektrischen Maschinen, insbesondere Elektromotoren, eingesetzt, und das Anschlusskabel dient zur Stromzu- oder -abfuhr zu bzw. von der Kohlebürste. In bestimmten Fällen müssen Kohlebürsten in einem für das Anschlusskabel korrosiven Medium arbeiten. Ein Beispiel hierfür sind Elektromotoren für Kraftstoffpumpen, die vollständig in den Kraftstoff eingetaucht sind. Bestimmte Kraftstoffe, insbesondere solche mit Methanol- oder Ethanolzusatz, haben augrund ihrer relativ hohen Leitfähigkeit im Micro-Siemens-Bereich eine elektrolytisch korrosive Wirkung auf Teile, die aus Kupfer oder Kupferlegierung bestehen. Da auf die Verwendung von Kupfer z. B. für das Anschlusskabel der Kohlebürste nicht verzichtet werden kann, stellt sich das Problem, das Anschlusskabel insbesondere im Bereich seiner Verbindung mit der Kohlebürste gegen den Zutritt derartiger korrosiv wirkender Medien zu schützen.Carbon brushes are used in electrical machines, in particular electric motors, and the connecting cable is used to power supply or discharge to or from the carbon brush. In certain cases, carbon brushes must be in one for the connecting cable corrosive medium work. An example of this are electric motors for fuel pumps, the complete are immersed in the fuel. Certain fuels, in particular those with added methanol or ethanol have a relative of their relative high conductivity Micro-Siemens has an electrolytic corrosive effect Parts made of copper or copper alloy. Since on the Use of copper z. For example the connection cable of the carbon brush can not be waived, the problem arises, the connection cable especially in the area of its connection with the carbon brush against to protect the access of such corrosive media.

Zum Schutz einer als Anschlusskabel für eine Kohlebürste dienende Kupferlitze ist es bekannt, die Einzeldrähte der Litze mit einer metallischen Beschichtung z. B. aus Nickel ( DE 30 16 086 A1 ) oder auch aus Zinn oder Silber zu versehen. Ein Nachteil von Nickel ist seine hohe Härte und Sprödigkeit, die dazu führt, dass die Litze sehr steif wird und die Nickelschicht abblättern kann. Außerdem ist Nickel ein Allergen, das bei Hautkontakt, z. B. bei der Montage, zu Hautreizungen führen kann. Außerdem unterliegen alle derartigen Metallbeschichtungen prinzipiell der chemischen Wechselwirkung mit der Umgebung und sind deshalb korrosionsanfällig, insbesondere z. B. in schwefelhaltiger Umgebung, wie bei Kontakt mit H2S-Gasen oder schwefelhaltigen Kraftstoffen.To protect a serving as a connection cable for a carbon brush copper strand, it is known that the individual wires of the strand with a metallic coating z. B. nickel ( DE 30 16 086 A1 ) or tin or silver. A drawback of nickel is its high hardness and brittleness, which makes the strand very stiff and can flake off the nickel layer. In addition, nickel is an allergen which, when in contact with the skin, e.g. B. during assembly, can cause skin irritation. In addition, all such metal coatings are subject in principle to the chemical interaction with the environment and are therefore susceptible to corrosion, in particular z. B. in sulphurous environment, such as in contact with H2S gases or sulfur-containing fuels.

Aus DE 34 03 512 C2 ist ein kraftstoffbeständiger Stromanschluss für Kohlebürsten bekannt, bei dem eine Kupferlitze, deren einzelne Drähte mit einer isolierenden Lackbeschichtung versehen sind, verwendet wird. Diese wird an ihrem Ende in ein Lötbad ge taucht, um die Lackschicht von den Einzeldrähten zu entfernen und diese gleichzeitig zu verzinnen, und anschließend z. B. durch Stampfkontakt an der Kohlebürste befestigt. Die Kontaktstelle kann zusätzlich mittels eines Polytetrafluorethylenlacks abgedichtet werden. Ein Hauptnachteil dieser Kohlebürste liegt in der aufwendigen Herstellung, die sich schlecht mit der üblichen Vorgehensweise bei der Serienfertigung von Kohlebürsten mit Anschlusskabel integrieren lässt.Out DE 34 03 512 C2 is a fuel-resistant power connector for carbon brushes is known in which a copper wire whose individual wires are provided with an insulating paint coating is used. This is dipped at its end in a solder bath ge to remove the paint layer of the individual wires and to tin this at the same time, and then z. B. attached by tamping contact to the carbon brush. The contact point can additionally be sealed by means of a polytetrafluoroethylene paint. A major disadvantage of this carbon brush lies in the complex production, which can be poorly integrated with the usual approach in the mass production of carbon brushes with connecting cable.

Einen guten Schutz gegen Korrosion auf der Basis von Elektronenaustausch bietet eine isolierende Kunststoffschicht auf dem Metallkabel. Es ist bekannt, die gesamte Kohlebürste zusammen mit dem Kabel mit einer Kunststoffummantelung zu umspritzen, wobei das Kohlebürsten-Kabel-Teil in eine Spritzgussform eingelegt werden muss. Dadurch sind Mindestschichtdicken vorgegeben, die zu einer deutlichen Reduzierung der Kabelbeweglichkeit und zu einer eingeschränkten Bewegung der Bürsten im Bürstenschacht führt. Das Umspritzen ist ferner ein zusätzlicher Prozessschritt und erhöht die Produktionskosten.a Good protection against corrosion based on electron exchange provides an insulating plastic layer on the metal cable. It is known, the entire carbon brush to be overmoulded together with the cable with a plastic sheath, with the carbon brush cable part must be inserted in an injection mold. As a result, minimum layer thicknesses predetermined, leading to a significant reduction in cable mobility and to a restricted Movement of the brushes in the brush shaft leads. The overmolding is also an additional process step and elevated the production costs.

Eine Kohlebürste gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus DD 249 793 A1 bekannt. Diese hat als Anschlusskabel eine mit Isoliermantel versehene Litze, deren Endabschnitt durch Entfernen des Isoliermantels abisoliert, dann mit metallischem Material zum Dickenausgleich umhüllt und dann in einem Sackloch der Kohlebürste mittels Stampfkontakt befestigt wird. Diese bekannte Kohlebürste ist aber für einen Betrieb in korrosiver Flüssigkeit nicht bestimmt und nicht geeignet, weil die korrosive Flüssigkeit durch die nicht abgedichtete Fuge zwischen der Endfläche des Isoliermantels des Kabels und dem Stampfkontakt eindringen und die Kupferlitze erreichen kann.A carbon brush according to the preamble of claim 1 is made DD 249 793 A1 known. This has a connection cable provided with an insulating sheath strand whose end portion stripped by removing the insulating sheath, then wrapped with metallic material for thickness compensation and then secured in a blind hole of the carbon brush by tamping contact. However, this known carbon brush is not intended for operation in corrosive liquid and not suitable because the corrosive liquid can penetrate through the unsealed joint between the end face of the insulating jacket of the cable and the tamping contact and reach the copper wire.

Die US 3,148,295 A offenbart eine Kohlebürste mit Anschlusskabel, deren Litzenleiter in ein Sackloch der Kohlebürste eingesteckt und in dessen unteren Bereich durch einen Stampfkontakt mit der Kohlebürste verbunden ist. Oberhalb des Stampfkontaktes weist das Sackloch eine Erweiterung auf, in der das untere Ende einer auf den Litzenleiter nachträglich aufgebrachten Isolierhülle abgedichtet aufgenommen wird. Diese Konstruktion ist für Serienfertigung wenig geeignet.The US 3,148,295 A discloses a carbon brush with connecting cable, the stranded conductor is inserted into a blind hole of the carbon brush and connected in the lower region by a tamping contact with the carbon brush. Above the tamping contact, the blind hole has an extension, in which the lower end of a subsequently applied to the stranded conductor insulation is added sealed. This construction is not suitable for mass production.

GB 727 349 A , US 3,064,151 A , US 2,866,112 A , US 1,453,793 A , US 4,075,524 A , EP 0 148 035 B1 und DE 745 975 A beschreiben Kohlebürsten, an denen jeweils ein blankes Anschlusskabel ohne Isolierhülle in einem Sackloch mittels Stampfkontakt, der auch mit Kunststoff abgedichtet sein kann, befestigt ist. GB 727 349 A . US 3,064,151 A . US 2,866,112 A . US 1,453,793 A. . US 4,075,524 . EP 0 148 035 B1 and DE 745 975 A describe carbon brushes, on each of which a bare connection cable without insulating in a blind hole by tamping contact, which may be sealed with plastic, is attached.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kohlebürste mit Anschlusskabel zu schaffen, das einen guten Schutz der Kupferlitze des Anschlusskabels gegen den Zutritt von Elektrolyten und anderen korrosiven Medien gewährleistet und dessen Herstellung einfach und preisgünstig ist und sich gut mit der traditionellen Serienfertigung von Kohlebürsten integrieren lässt.Of the Invention is based on the object, a carbon brush with Connecting cable to provide good protection of the copper wire of the connecting cable against the ingress of electrolytes and others ensures corrosive media and its manufacture is simple and inexpensive and works well with integrates the traditional mass production of carbon brushes.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung.The inventive solution of Task is specified in claim 1. The dependent claims relate to advantageous further embodiments of the invention.

Die Erfindung ermöglicht es, ein handelsübliches, mit einem Isoliermantel aus Kunststoff versehenes flexibles Kabel zu verwenden und es mit Hilfe der üblichen Stampfkontakt-Technik so mit der Kohlebürste zu verbinden, dass das Metall des Kabels gegen jeglichen Zutritt von elektrolytisch und korrosiv wirkenden Medien geschützt ist.The invention makes it possible to have a trade Ches to use flexible cable provided with a plastic insulating jacket and to connect it with the carbon brush using the usual tamping contact technology so that the metal of the cable is protected against any access of electrolytic and corrosive media.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert es zeigt:embodiments The invention will be explained in more detail with reference to the drawings, in which:

1 einen Schnitt durch eine Kohlebürste im Bereich des Kabelanschlusses gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 1 a section through a carbon brush in the region of the cable connection according to a first embodiment of the invention;

2 in gleicher Darstellung wie 1 eine andere Ausführungsform der Erfindung. 2 in the same representation as 1 another embodiment of the invention.

Gemäß 1 ist in dem Kohlebürstenkörper 1 ein Sackloch 2 ausgebildet. In diesem ist das Ende eines Anschlusskabels 3 befestigt, welches aus zahlreichen, vorzugsweise zu einer Litze verflochtenen Einzeldrähten 4 und einem Isoliermantel 5 aus Kunststoff besteht. Am Endabschnitt des Kabels 3 ist der Isoliermantel 5 durch Abisolieren entfernt, so dass die Enden der Einzeldrähte 4' freiliegen. Beim Einstecken des Kabels 3 in das Sackloch 2 werden die Enden der Einzeldrähte 4' so gegen den Boden des Sacklochs 2 angedrückt, dass sie gestaucht und aufgespreizt werden, so dass sie aufspleißen und eine pilzartige Verbreiterung des Kabels bilden.According to 1 is in the carbon brush body 1 a blind hole 2 educated. In this is the end of a connection cable 3 attached, which consists of numerous, preferably intertwined to a strand of individual wires 4 and an insulating jacket 5 made of plastic. At the end of the cable 3 is the insulating jacket 5 removed by stripping, leaving the ends of the individual wires 4 ' exposed. When plugging in the cable 3 in the blind hole 2 become the ends of the individual wires 4 ' so against the bottom of the blind hole 2 pressed so that they are compressed and spread so that they splinter and form a mushroom-like widening of the cable.

Die Länge des abisolierten Endabschnitts ist so bemessen, dass der Isoliermantel 5 des Kabels 3 in das Sackloch 2 eintaucht, so dass das untere Ende des Isoliermantels 5 tiefer liegt als die Oberkante des Sacklochs 2. In den so entstehenden Ringraum zwischen der Außenfläche des Isoliermantels 5 und der inneren Umfangsfläche des Sacklochs 2 wird ein mit Kunstharz vermengtes metallisches Pulver 6 eingestampft, so dass das Kabel 3 in dem Sackloch 2 mechanisch fixiert wird. Zusätzlich wird das dem metallischen Pulver beige mengte Kunstharz zum Aushärten gebracht, wobei es sich um ein selbstaushärtendes Harz handeln kann oder eine thermische Behandlung zum Aushärten angewendet wird. Durch das aushärtende Kunstharz in der in das Sackloch 2 eingebrachten Stampfmasse 6 aus Metallpulver und Kunstharz wird eine Abdichtung zwischen der Außenfläche des Isoliermantels 5 und den Innenumfang des Sacklochs 2 geschaffen, so dass nicht nur das Ende des Kabels 3 mechanisch sicher in dem Sackloch 2 der Kohlebürste 1 gehalten ist, sondern jeder Zutritt korrosiver Medien zu den aufgespleißten Enden 4' der Einzeldrähte des Kabels am Boden des Sacklochs 2 verhindert wird.The length of the stripped end section is dimensioned such that the insulating jacket 5 of the cable 3 in the blind hole 2 dips, leaving the lower end of the insulating jacket 5 lower than the top of the blind hole 2 , In the resulting annular space between the outer surface of the insulating jacket 5 and the inner peripheral surface of the blind hole 2 becomes a metallic powder blended with synthetic resin 6 peeled off, leaving the cable 3 in the blind hole 2 mechanically fixed. In addition, the resin added to the metallic powder is allowed to cure, which may be a self-curing resin or a thermal treatment for curing. Through the hardening resin in the in the blind hole 2 introduced ramming mass 6 From metal powder and synthetic resin is a seal between the outer surface of the insulating jacket 5 and the inner circumference of the blind hole 2 created so that not only the end of the cable 3 mechanically safe in the blind hole 2 the carbon brush 1 but any access of corrosive media to the spliced ends 4 ' the individual wires of the cable at the bottom of the blind hole 2 is prevented.

Das in das Sackloch 2 eingebrachte, mit Kunstharz vermischte Metallpulver kann Kupferpulver sein. Um die Korrosionsbeständigkeit weiter zu verbessern, kann das Kupferpulver mit Silber beschichtet sein.That in the blind hole 2 introduced, with resin mixed metal powder may be copper powder. In order to further improve the corrosion resistance, the copper powder may be coated with silver.

Da der Übergangswiderstand zwischen Kabel und Kohlekörper aus Effizienz- und Erwärmungsgründen möglichst gering sein soll, wird als Stampfpulver vorzugsweise hochleitfähiges Metallpulver wie Kupfer oder Silber verwendet. Beim Stampfprozess wird das Metallpulver verdichtet, so dass die Berührungsflächen zwischen den Pulverpartikeln vergrößert werden. Das beigemengte Kunstharz darf dabei keinen isolierenden Harzfilm zwischen den Pulverpartikeln bilden. Daher wird das Kunstharz dem Stampfpulver in fester Form, d. h. ebenfalls als Pulver beigemengt. Vorzugweise werden Kunstharze aus der Gruppe der Phenolharze verwendet. Ein Vorteil dieser Harzgruppe ist es, dass es beim Aushärten des Harzes zu einem Aufschmelzen kommt und sich das flüssige Harz in den verbliebenen Poren zwischen den verdichteten Stampfpulver verteilt. Bei hinreichend niedriger Viskosität des flüssigen Harzes wird flüssiges aushärtendes Kunstharz durch die Kapillarwirkung an die Oberfläche des Stampfpulvers gezogen, wo es einen abdichtenden Harzfilm ausbilden kann.There the contact resistance between cable and carbon body for efficiency and warming reasons possible is low, is preferably used as ramming powder highly conductive metal powder like copper or silver used. During the stamping process, the metal powder compacted, leaving the contact surfaces between the powder particles are increased. The added synthetic resin must not use an insulating resin film form between the powder particles. Therefore, the synthetic resin becomes the ramming powder in solid form, d. H. also added as a powder. preferably, Synthetic resins from the group of phenolic resins are used. One The advantage of this resin group is that it hardens during curing Resin comes to a melt and the liquid resin in the remaining pores between the compacted ramming powder distributed. At sufficiently low viscosity of the liquid resin becomes liquid curing Synthetic resin by capillary action to the surface of the Tamping powder pulled where form a sealing resin film can.

Die optimale Menge des dem Stampfpulver beigemengten Kunstharzes kann durch Versuche leicht ermittelt werden und hängt von der Porosität des verdichteten Stampfpulvers und der Viskosität des geschmolzenen Kunstharzes ab. Es können beispielsweise 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 8 Gew.-% Kunstharz, bezogen auf die Menge des Metallpulvers, verwendet werden.The optimum amount of the ramming powder added resin can be easily determined by experiments and depends on the porosity of the compacted Pounding powder and the viscosity of the from molten synthetic resin. For example, from 1 to 10% by weight, preferably 2 to 8 wt .-% of synthetic resin, based on the amount of Metal powder, to be used.

Am besten eignen sich Harze mit einer möglichst niedrigen Schmelzviskosität. Wichtig ist auch, dass das Harz erst nach dem Stampfen und Kompaktieren des Metallpulvers schmilzt. Daher eignen sich am besten wärmeaushärtende Harze. Der Aushärtevorgang kann in einem Folgeprozess nach dem Stampfen und Kompaktieren des Metallpulvers integriert werden, in dem man die Kohlebürste erwärmt und dann mit dem Harz einen Aushärtevorgang startet.At the the best are resins with the lowest possible melt viscosity. Important is also that the resin only after pounding and compacting of the metal powder melts. Therefore, thermosetting resins are best suited. The curing process can in a follow-up process after pounding and compacting the Metal powder can be integrated by heating the carbon brush and then with the resin a curing process starts.

Der Isoliermantel 5 des Kabels 3 besteht aus einem geeigneten, korrosionsfesten Kunststoff. Besonders bevorzugt sind hierfür Fluorpolymere wie z. B. Tetrafluorethylen.The insulating jacket 5 of the cable 3 consists of a suitable, corrosion-resistant plastic. Particularly preferred for this purpose are fluoropolymers such. B. tetrafluoroethylene.

Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform sind gleiche Teile in den 1 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht näher erläutert. Im Unterschied zu 1 ist bei der Ausführungsform gemäß 2 über der in das Sackloch 2 eingebrachten Stampfpulvermasse 6 eine Abdichtung 7 aus einem Kunstharzlack aufgebracht, vorzugsweise aus einem Fluorpolymer wie Tetrafluorethylen. In diesem Fall kann das dem Metallpulver in der Stampfkontaktmasse 6 beigemischte Kunstharz in der Menge verringert oder ganz weggelassen werden.At the in 2 illustrated embodiment are the same parts in the 1 denoted by the same reference numerals and will not be explained in detail. In contrast to 1 is in the embodiment according to 2 over in the blind hole 2 introduced ramming powder mass 6 a seal 7 applied from a synthetic resin paint, preferably from a fluoropolymer such as tetrafluoroethylene. In this case, this may be the metal powder in the tamping contact mass 6 mixed resin reduced in quantity or omitted altogether.

In den Zeichnungen ist nur das an die Kohlebürste 1 angeschlossene Ende des Kabels 3 gezeigt. An seinem anderen Ende wird das Kohlebürstenkabel in bekannter Weise an eine Kontaktfahne angeschweißt, gekrimpt oder gelötet. Da an dieser Stelle ebenfalls blanke Metalloberflächen vorliegen, kann man diese Teile ebenfalls mit einer gegen Korrosion schützenden Umhüllung versehen, z. B. mittels Schrumpfschlauch oder Pulverbeschichtung oder Umspritzung. Dieser Schritt kann in einen nachfolgenden Montageprozess integriert werden.In the drawings, only the carbon brush 1 connected end of the cable 3 shown. At its other end, the carbon brush cable is welded, crimped or soldered in a known manner to a contact lug. As there are also bare metal surfaces at this point, you can also provide these parts with a protective coating against corrosion, z. B. by shrink tubing or powder coating or encapsulation. This step can be integrated into a subsequent assembly process.

Claims

Carbon brush ( 1 ) with connection cable ( 3 ), which are prefabricated, insulated cables made of a plurality of individual wires ( 4 ) and a surrounding insulating jacket ( 5 ), wherein an end portion of the connecting cable ( 3 ) by removing the insulating jacket ( 5 ) stripped and in a blind hole ( 2 ) of the carbon brush ( 1 ) and there by means of a connection cable ( 3 ) around in the blind hole ( 2 ) introduced and compacted ramming powder ( 6 ), characterized in that the length of the stripped end portion of the connecting cable ( 3 ) in relation to the length of the blind hole ( 2 ) is dimensioned so that the insulating jacket ( 5 ) of the connection cable ( 3 ) in the blind hole ( 2 ) and its lower edge deeper than the top edge of the blind hole ( 2 ) that the ramming powder ( 6 ) the blind hole ( 2 ) to a height which is higher than the lower edge of the insulating jacket ( 5 ) such that ramming powder ( 6 ) in the annulus between the insulating jacket ( 5 ) and the inner wall of the blind hole ( 2 ) and that the ramming powder ( 6 ) admixed and / or applied to this plastic after curing a seal between the outer surface of the insulating jacket ( 5 ) and the inner wall of the blind hole ( 2 ).

Carbon brush according to claim 1, characterized in that the individual wires ( 4 ' ) of the stripped end portion of the connecting cable ( 3 ) in the blind hole ( 2 ) are spread and a widening of the connecting cable ( 3 ) form.

Carbon brush according to claim 1 or 2, characterized in that the ramming powder ( 6 ) is a powder of a highly conductive metal, in particular copper or silver.

Carbon brush according to claim 3, characterized in that the ramming powder ( 6 ) admixed plastic in powder form and can be liquefied by heat and its amount is such that it is the interstices between the metal particles of the ramming powder ( 6 ), but the metallic contact between the particles of the ramming powder ( 6 ) is not substantially impeded.

Carbon brush according to claim 4, characterized in that the plastic on the surface of the ramming powder ( 6 ) forms a coherent synthetic resin film.

Carbon brush according to one of claims 1 to 5, characterized in that the insulating jacket ( 5 ) of the connection cable ( 3 ) consists of thermoplastic and / or elastomeric plastic.

Carbon brush according to claim 6, characterized in that the insulating jacket ( 5 ) consists of a fluoropolymer.

Carbon brush according to one of claims 1 to 7, characterized in that the individual wires ( 4 ) of the connection cable ( 3 ) are made of copper and provided with an anti-corrosion metallic coating, such as silver or tin.