DE102006051678A1

DE102006051678A1 - Schleifkontakt

Info

Publication number: DE102006051678A1
Application number: DE200610051678
Authority: DE
Inventors: Dietrich Von Knorre
Original assignee: Schunk Modultechnik GmbH
Current assignee: Schunk Modultechnik GmbH
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2008-05-15

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schleifkontakt (10, 20, 26, 28) mit zumindest zwei Schichten (12, 16) mit einander zugewandten entlang der Lauffläche (14) verlaufenden Grenzflächen, wobei die Schichten voneinander abweichende physikalische Materialeigenschaften aufweisen und die laufflächenseitig verlaufende Schicht als erste Schicht (12) aus Kohlenstoffmaterial wie Kohlenstoffgraphit besteht. Um ohne schaltungstechnischen Aufwand eine Temperaturermittlung unmittelbar am Entstehungsort zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die laufflächenfernliegende Schicht (16) als zweite Schicht aus einem Kaltleitermaterial mit nicht linearem Widerstandsverlauf besteht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schleifkontakt mit Lauffläche umfassend zumindest zwei Schichten, deren einander zugewandten Grenzflächen entlang der Lauffläche verlaufen, wobei die Schichten voneinander abweichende physikalische Materialeigenschaften aufweisen und die Lauffläche kontaktierende Schicht als erste Schicht aus Kohlenstoffmaterial wie Graphit besteht.
Ein entsprechender Schleifkontakt ist zum Beispiel der DE-A-44 30 745 zu entnehmen. Die als Blöcke zu bezeichnenden Schichten stellen ein Verschleißblock, einen Kommutierungsblock, einen Verankerungsblock sowie einen Einschleifblock dar.
Es sind auch Kohlebürsten bekannt, bei denen eine Schicht geringem elektrischen Widerstands als Kommutierungsschicht und die andere Schicht höheren elektrischen Widerstands zur Ermittlung des Verschleißes der Kohlebürste dient.
Um zu verhindern, dass im Störfall im Bereich des Kommutators zu hohe Temperaturen auftreten, wodurch andernfalls die Gefahr eines Brandes erwächst, ist es bekannt, in dem Schaltkreis einer Kohlebürste einen Thermowächter zu integrieren. Dies verursacht einen zusätzlichen Verschaltungs- und Handlingsaufwand. Nachteilig ist des Weiteren, dass die Temperatur nicht unmittelbar am Entstehungsort gemessen werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schleifkontakt der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass ohne schaltungstechnischen Aufwand eine Temperaturermittlung unmittelbar am Entstehungsort erfolgt, um den über den Schleifkontakt fließenden Strom derart zu beeinflussen, dass zum Beispiel ein Antrieb unterbrochen wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die an Kontaktflächen anliegende Schicht als zweite Schicht aus einem Kaltleitermaterial mit nicht linearem Widerstandsverlauf besteht.
Erfindungsgemäß wird in einem Schleifkontakt wie insbesondere Kohlebürste eine Thermoabschaltung integriert, in dem die zweite Schicht aus einem Kaltleitermaterial mit nicht linearem Widerstandsverlauf besteht, also ein ein PTC-(Positive Temperature Coefficient)-Verhalten aufweisender Widerstand ist. Hierdurch bedingt wird der Widerstand des Schleifkontaktes bei unzulässig hohen Temperaturen derart erhöht, dass der durch den Schleifkontakt fließende Strom derart reduziert wird, dass zum Beispiel ein Abschalten eines Antriebs wie Motors erfolgt, der über den Schleifkontakt mit Strom versorgt wird.
Die zweite Schicht kann zum Beispiel auf Keramikbasis aufgebaut sein. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, ein Kunststoffmaterial auf Polymerbasis einzusetzen, in dem winzige Rußpartikel vorliegen, deren Abstand bei Erhöhung der Temperatur derart verändert wird, dass die erforderliche Widerstandserhöhung auftritt.
Bei der Verwendung von einem Kaltleitermaterial auf Keramikbasis kann das entsprechende Material zusammen mit dem der ersten Schicht verpresst und sodann gesintert werden.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Schichten getrennt herzustellen und sodann miteinander zu verbinden. Hierzu verläuft gegebenenfalls zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht eine Haftmittlerschicht.
Unabhängig hiervon kann zwischen der ersten und zweiten Schicht eine sogenannte Gradientenschicht verlaufen, die eine Anpassung zwischen der ersten und zweiten Schicht zum Verbinden dieser sicherstellt, so dass an und für sich nicht verbindbare Schichten einen festen Verbund erhalten.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass eine zur Stromzuführung dienende Litze von der zweiten Schicht ausgeht. Bevorzugterweise ist jedoch vorgesehen, dass die zweite Schicht gegebenenfalls über eine weitere Zwischenschicht mit einem Träger wie Blattfeder stoffschlüssig verbunden ist, über die der Strom fließt. Dabei ist insbesondere die zweite Schicht mit dem Träger lasergeschweißt verbunden.
Als bevorzugte Materialien für das Kaltleitermaterial ist eine Mischung von Bariumcarbonat und Titanoxid zu nennen, ohne dass hierdurch eine Einschränkung der erfindungsgemäßen Lehre erfolgt.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre wird in einem Schleifkontakt ein PTC-Widerstand integriert, um beim Auftreten unzulässiger Temperaturen eine Widerstandserhöhung in dem Schleifkontakt zu erreichen, die zum Beispiel zu einer Abschaltung eines über den Schleifkontakt betätigten Antriebs führt. Dabei kann der Antrieb erneut mit dem erforderlichen Strom versorgt werden, wenn temperaturzulässige Werte erreicht sind.
Die Temperaturerfassung erfolgt dabei unmittelbar an dem Ort, wo unzulässig hohe Temperaturen auftreten können. Zusätzlicher Schaltungsaufwand und damit Handlingsaufwand sind nicht erforderlich. Bestehende Systeme können folglich mit einer integrierten Thermoabschaltung dadurch nachgerüstet werden, dass erfindungsgemäße Schleifkontakte eingesetzt werden.
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 von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform eines Schleifkontaktes,
2 eine zweite Ausführungsform eines Schleifkontaktes,
3 eine dritte Ausführungsform eines Schleifkontaktes und
4 eine vierte Ausführungsform eines Schleifkontaktes.
In den Fig. sind verschiedene Ausführungsformen von Kohlebürsten und mit diesen verbundene Stromzuführungen dargestellt, die aus zumindest zwei Schichten bestehen, von denen eine laufflächenseitig abgewandt verlaufende Schicht als Kaltleiter mit nicht linearem Widerstandsverlauf ausgebildet ist, um eine integrierte Thermoabschaltung zu ermöglichen. Dabei werden für gleiche Elemente grundsätzlich gleiche Bezugszeichen verwendet.
In der Darstellung der 1 besteht eine Kohlebürste 10 aus einer ersten Schicht 12 aus Kohlenstoffmaterial, insbesondere Graphitmaterial mit Kupfer. Die Schicht 12 weist eine Lauffläche 14 auf, die zum Beispiel auf einem Kommutator eines Elektromotors aufliegt.
Um bei Auftreten unzulässig hoher Temperaturen im Kommutatorbereich den Elektromotor abzuschalten, weist die Kohlebürste 10 eine laufflächenfernliegend verlaufende zweite Schicht 16 auf, die aus einem Kaltleitermaterial mit nicht linearem Widerstandsverlauf besteht. Die Schicht 16 besteht insbesondere aus einem Keramikmaterial, wobei Bariumtitanat bzw. eine Mischung aus Bariumcarbonat und Titanoxid beispielhaft zu nennen sind. Die zweite Schicht 16 kann integral mit der ersten Schicht 12 ausgebildet sein, d.h. das Material der ersten Schicht 12 und der zweiten Schicht 16 werden gemeinsam in einer Form gepresst und sodann gesintert. Ferner geht von der zweiten Schicht eine Litze 18 aus, über die Strom dem nicht dargestellten Kommutator zugeführt wird.
Treten im Kommutatorbereich unzulässig hohe Temperaturen auf, so erhöht sich der Widerstand der zweiten Schicht 16 derart, dass die Stromstärke derart reduziert wird, dass der Motor abschaltet.
Das Ausführungsbeispiel der 2 unterscheidet sich von dem der 1 dahingehend, dass eine Kohlebürste 20 neben der ersten Schicht 12 und der aus PTC-Material bestehenden zweiten Schicht 16 eine dritte Schicht 22 aufweist, die aus elektrisch gut leitendem Material wie zum Beispiel Kupfermaterial besteht und von der die Litze 18 ausgeht.
Ist bevorzugterweise die aus dem Kaltleitermaterial bestehende zweite Schicht 16 auf der Basis von Keramik ausgebildet, so besteht auch die Möglichkeit, ein Polymermaterial zu verwenden, in dem Rußpartikel eingelagert sind. Ein entsprechender mit winzigen Rußpartikeln befüllter Kunststoff zeigt gleichfalls ein nicht lineares Widerstandsverhalten mit zunehmender Temperatur. Ursächlich hierfür ist, dass mit steigender Temperatur die den elektrischen Strom leitenden Rußpartikel derart beabstandet werden, dass die gewünschte Widerstandserhöhung auftritt.
Wird die zweite Schicht 16 auf Polymerbasis ausgebildet, so ist insbesondere vorgesehen, dass die zweite Schicht 16 getrennt von der ersten Schicht 12 hergestellt wird und mit der ersten Schicht 12 über eine Haftmittlerschicht verbunden wird, die in 2 mit dem Bezugszeichen 24 gekennzeichnet ist.
Aus den 1 und 2 wird des Weiteren ersichtlich, dass die einander zugewandten Grenzflächen der ersten und zweiten Schicht 12, 16 entlang der Lauffläche 14, also parallel oder in etwa parallel zu dieser verlaufen.
Die Ausführungsbeispiele der 3 und 4 unterscheiden sich von denen der 1 und 2 im Wesentlichen dahingehend, dass die Stromzuführung nicht über eine Litze, sondern über einen Träger 26 wie Blattfeder erfolgt, die mittelbar oder unmittelbar mit der zweiten Schicht 16 verbunden ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 ist der Träger bzw. die Blattfeder 26 unmittelbar mit der aus Kaltleitermaterial bestehenden zweiten Schicht 16 verbunden, wohingegen nach dem Ausführungsbeispiel der 4 eine metallische Zwischenschicht 28 vorhanden ist, die stoffschlüssig mit dem Träger 26 vorzugsweise durch Laserschweißen verbunden wird.
Die zweite Schicht 16, also der als integrierter Thermoabschalter zu bezeichnende PTC-Widerstand kann entsprechend den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 auf Keramik- oder Kohlenstoffbasis aufgebaut sein, wobei zwischen der zweiten Schicht 16 und der ersten Schicht 12 gegebenenfalls eine Verbindungsschicht verläuft.
Aus den 3 und 4 wird des Weiteren rein prinzipiell ersichtlich, dass dann, wenn unzulässige Temperaturen auftreten und somit der Widerstand der zweiten Schicht 16 erhöht, der Stromfluss durch die Kohlebürste reduziert wird.

Claims

Schleifkontakt (10, 20, 26, 28) mit zumindest zwei Schichten (12, 16) mit einander zugewandten entlang der Lauffläche (14) verlaufenden Grenzflächen, wobei die Schichten voneinander abweichende physikalische Materialeigenschaften aufweisen und die laufflächenseitig verlaufende Schicht als erste Schicht (12) aus Kohlenstoffmaterial wie Kohlenstoffgraphit besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die laufflächenfernliegende Schicht (16) als zweite Schicht aus einem Kaltleitermaterial mit nicht linearem Widerstandsverlauf besteht.
Schleifkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der laufflächenseitig verlaufenden ersten Schicht (12) und der zweiten Schicht (16) eine die erste und die zweite Schicht verbindende Zwischenschicht (24) verläuft.
Schleifkontakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von der zweiten Schicht (16) oder eine die zweite Schicht außenseitig abdeckenden dritten Schicht (22) eine Litze (18) ausgeht.
Schleifkontakt nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (16) auf Keramikbasismaterial aufgebaut ist.
Schleifkontakt nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (16) aus Bariumtitanat besteht oder dieses enthält.
Schleifkontakt nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (16) aus einer Mischung aus Bariumcarbonat und Titanoxid besteht oder diese enthält.
Schleifkontakt nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (16) auf Polymerbasis aufgebaut ist.
Schleifkontakt nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (16) aus mit winzigen Rußpartikeln gefülltem Kunststoff besteht oder diesen enthält.
Schleifkontakt nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (16) zusammen mit der ersten Schicht (12) als Einheit gepresst und gesintert ist.
Schleifkontakt nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (16) mit einem Träger (30) wie Blattfeder verbunden ist.
Schleifkontakt nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Schicht (16) und dem Träger (30) wie Blattfeder eine Zwischenschicht (32) verläuft, über die der Schleifkontakt (28) stoffschlüssig mit dem Träger verbunden ist.
Schleifkontakt nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkontakt (28) mit dem Träger (30) lasergeschweißt verbunden ist.