DE102007026265B4

DE102007026265B4 - Kohlebürste

Info

Publication number: DE102007026265B4
Application number: DE102007026265.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Gerhard
Original assignee: Gerhard Praezisionspresstechnik GmbH
Current assignee: Gerhard Praezisionspresstechnik GmbH
Priority date: 2007-06-05
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2014-04-10
Anticipated expiration: 2027-06-06
Also published as: JP2008306920A; FR2917249A1; JP5399007B2; FR2917249B1; DE102007026265A1; CN101320876A

Abstract

Verfahren zum Bearbeiten einer Kohlebürste (10, 18, 26, 34) aus Kohlenstoffmaterial, wie Elektrographitmaterial, mit einem Grundkörper, der durch Pressen und Wärmebehandlung sowie Schleifen oder Sägen hergestellt wird und eine Gleitfläche (12, 20, 28, 36) aufweist, die auf Lamellen eines Kommutators abstützbar ist, wobei der Grundkörper der Kohlebürste mittels Laserbearbeitung zur Erzielung gewünschter Eigenschaften in seiner Geometrie verändert wird, indem eine Gleitfläche des Grundkörpers der Kohlebürste strukturiert wird oder in zumindest einer Seitenfläche des Grundkörpers der Kohlebürste eine Vertiefung (24) ausgebildet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bearbeiten einer Kohlebürste aus Kohlenstoffmaterial, wie Elektrographitmaterial, mit einem Grundkörper, der durch Pressen und Wärmebehandlung sowie Schleifen oder Sägen hergestellt wird und eine Gleitfläche aufweist, die auf Lamellen eines Kommutators abstützbar ist.
Kohlebürsten, wie diese in Stromabnehmern zum Einsatz gelangen, haben die Aufgabe, einen elektrischen Strom von einem sich bewegenden wie rotierenden auf ein feststehendes Element zu übertragen. Als Werkstücke können solche auf Basis von Kohlenstoff und Graphit benutzt werden.
Zur Herstellung entsprechender Kohlebürsten werden die Ausgangswerkstoffe einschließlich vorhandener Binder wie Kunstharze zunächst einem Formgebungsprozess unterzogen, um sodann wärmebehandelt wie graphitiert zu werden. Zusätzlich kann ein Imprägnieren erfolgen, um entsprechend den Einsatzgebieten gewünschte Eigenschaften zu erzielen.
Somit ist es erforderlich, dass nach der Bearbeitung des Gleitkontaktes Strukturen eingebracht werden müssen wie zum Beispiel Riefen in der Lauffläche oder Aufnahmen für Halterungen in den Seitenflächen. Die entsprechenden Strukturen werden grundsätzlich durch Schleifen, Bohren oder Fräsen der entsprechenden Flächen hergestellt. Auch besteht die Möglichkeit, während der Formgebung, also des Pressens, entsprechende Strukturen auszubilden.
Um Kohlebürsten zum Beispiel mit Blattfedern zu verbinden, ist es bekannt, die der Lauffläche gegenüberliegende Rückseite zu metallisieren und sodann stoffschlüssig mit einem Abschnitt der Blattfeder zu verbinden. Hierzu ist nach der DE 103 59 896 A1 vorgesehen, die Verbindung mittels Ultraschallschweißens oder Laserschweißens herzustellen.
Aus der als nächstkommender Stand der Technik zu wertenden DE 198 21 529 C2 sind ein abriebfester elektrischer Schleifer für Potentiometer und Verfahren zu seiner Herstellung bekannt. Zur Herstellung des Schleifers wird ein plattenförmiger Grünkörper mittels Laser bearbeitet, wobei nach dem Brennen des Grünkörpers eine Vereinzelung mittels Laser erfolgen kann.
Eine insbesondere in der Lauffläche strukturierte Kohlebürste ist sowohl aus der GB 292 232 A als auch aus der DE 10 2004 011 618 A1 bekannt.
Um bei Kunststoffteilen Gratlinien zu entfernen, kann nach der DE 42 36 558 A1 ein Laserenergiestrahl eingesetzt werden.
Nach der EP 1 025 938 B1 weist ein hoch belastbares Verbundbauteil ein quaderförmiges Graphitteil auf, das mittels Laser aufgeraut werden kann.
Um metallische Oberflächen gegen Oxidation, Korrosion und Rostbildung zu schützen, kann nach der DE 697 20 531 T2 eine Laserlegierung durchgeführt werden.
Der DE 199 09 319 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von miniaturisierten Kohlekontakten zu entnehmen. Mittels eines fotolithografischen Verfahrens werden aus einem Substrat Teilbereiche isoliert und sodann voneinander getrennt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Kohlebürste so weiterzubilden, dass eine hochpräzise Bearbeitung mit einfachen Maßnahmen erfolgen kann.
Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass der Grundkörper der Kohlebürste mittels Laserbearbeitung zur Erzielung gewünschter Eigenschaften in seiner Geometrie verändert wird, indem eine Gleitfläche des Grundkörpers der Kohlebürste strukturiert wird oder in zumindest einer Seitenfläche des Grundkörpers der Kohlebürste eine Vertiefung ausgebildet wird.
Eine Laserbearbeitung zeigt den Vorteil, dass gezielt in gewünschten Bereichen der Kohlebürste Geometrieveränderungen vorgenommen werden können, ohne dass die angrenzenden Bereiche in Mitleidenschaft gezogen werden. Insbesondere besteht hierdurch die Möglichkeit, das Kontaktverhalten der Kohlebürsten positiv zu beeinflussen.
Durch die Ausbildung von Vertiefungen wie Taschen oder Aufnahmen in Seitenflächen können gezielt in gewünschten Bereichen Strukturen ausgebildet werden, die zum Beispiel zum Einbringen von Litzen oder zur Befestigung von Halterungen erforderlich sind, über die der Gleitkontakt fixiert wird.
Durch die Strukturgebung kann auch ein gezieltes Lauf- bzw. Einlaufverhalten insbesondere von Kohlebürsten erzielt werden, ohne dass es aufwändiger mechanischer Bearbeitungen bedarf.
Um eine gute elektromotorische Verträglichkeit und ein leises und gleichmäßiges Einlaufverhalten zu erzielen und gleichzeitig eine hohe Energiedichte zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Gleitfläche einer Kohlebürste mit durch Laserbearbeitung hergestellten Löcher versehen wird. Diese bieten die Möglichkeit eines vereinfachten und gleichmäßigen Einbringens eines Imprägniermittels wie Schmier- oder Abrasivstoffes. Dabei können die Löcher gleichmäßig auf der Gleitfläche verteilt ausgebildet werden, so dass das Imprägniermittel gleichmäßig über die Gleitfläche verteilt ist, ohne dass es aufwändiger Maßnahmen bedarf.
Des Weiteren sieht die Erfindung vor, dass bei Ausbildung der Kohlebürste diese parallel zu Lamellen verlaufende und von der Gleitfläche ausgehende Nuten aufweist, auf die sich die Kohlebürste abstützt. Hierdurch wird die Kommutierung verbessert, da der Querwiderstand durch die Nuten erhöht wird.
Als bevorzugter Werkstoff für Kohlebürsten, die durch eine Laserbearbeitung strukturiert werden, sind Kohlenstoff und/oder Naturgraphit, die als Binder Kunstharz enthalten, zu nennen.
Bevorzugterweise erfolgt das Bearbeiten mittels eines Gaslasers wie CO₂-Lasers oder durch einen Festkörperlaser. Dabei sind Rubinlaser oder YAG-Laser besonders bevorzugt. Aber auch Halbleiterlaser sind geeignet, um im gewünschten Umfang den Grundkörper des Gleitkontaktes zu bearbeiten.
Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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 Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Kohlebürste,
2 eine Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Kohlebürste,
3 eine Prinzipdarstellung einer dritten Ausführungsform einer Kohlebürste,
4 eine Prinzipdarstellung einer vierten Ausführungsform einer Kohlebürste und
5 eine Kohlebürste mit Rückhaltevorrichtung.
In den Fig. sind Prinzipdarstellungen von Kohlebürsten dargestellt, die aus üblichen Materialien wie Kohlenstoff- und/oder Naturgraphit mit Kunstharz als Binder bestehen. Die entsprechenden Kohlebürsten werden gepresst und durch Schleifen oder Sägen vorbearbeitet. Um gewünschte Eigenschaften der Kohlebürste insbesondere hinsichtlich des Einlaufens zu erzielen, erfolgt eine Laserbearbeitung. So wird anhand der der 1 zu entnehmenden Kohlebürste 10 verdeutlicht, dass deren Gleitfläche 12 mit Löchern 14, 16 versehen sind, die durch Laserbearbeitung ausgebildet worden sind. Dabei erfolgt aufgrund der Löcher 14, 16 ein schnellerer Verschleiß der Gleitfläche 12 mit der Folge, dass sich ein leises Einlaufverhalten ergibt, da die Gleitfläche 12 schneller verschlissen wird.
Die Löcher 14, 16 können jedoch auch zur Aufnahme von Imprägniermittel dienen, das somit gleichmäßig über die Gleitfläche 12 verteilt werden kann. Als Imprägniermittel kommen Schmier- und/oder Abrasivstoffe in Frage.
Eine der 2 zu entnehmende Kohlebürste 18 weist eine Gleitfläche 20 auf, die eine kalottenförmige Geometrie aufweist, die gleichfalls durch Laserbearbeitung hergestellt wird.
Die Kohlebürste 18 ist in der Längsrichtung gepresst, so dass beim Pressen mit üblichen Maßnahmen in den Seitenflächen wie der Seitenfläche 22 Aussparungen nicht einbringbar sind. Diese müssen nach dem Stand der Technik nachträglich durch Schleifen oder Bohren ausgebildet werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in der Seitenfläche 22 eine Vertiefung 24 wie Tasche durch Laserbearbeitung eingebracht wird, wobei eine überaus präzise Geometrie erzielbar ist. Entsprechende Vertiefungen oder Taschen 24 dienen z. B. bei der Montage zum Zurückhalten der Kohlebürste oder als Sortierhilfe. Dies ist prinzipiell aus den 5 und 6 ersichtlich. So weist eine Kohlebürste 38 eine vorzugsweise parallel zur Lauffläche verlaufende nutartige Vertiefung 40 auf. In diese kann z. B. eine Arretierung einer Kohlebürstenführung während der Montage der Kohlebürste eingreifen. Auch kann die Vertiefung 40 als Rückhaltevorrichtung für eine Feder dienen.
In 3 ist eine Kohlebürste 26 mit von deren Gleitfläche 28 ausgehenden Längsnuten 30, 32 dargestellt, die parallel zu den Lamellen eines Kommutators verlaufen, auf dem sich die Kohlebürste 26 abstützt. Hierdurch wird erreicht, dass der Querwiderstand erhöht wird und somit die Kommutierung verbessert. Das Bearbeiten der Kohlebürste 26, also das Einbringen der Nuten 30, 32 erfolgt gleichfalls durch Laser.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre ist die Möglichkeit gegeben, eine eine Quaderform aufweisende Kohlebürste derart zu gestalten, dass gewünschte Endgeometrien erzielbar sind, die ansonsten nur durch aufwändiges Sägen und Schleifen erreichbar sind. So ist in 4 eine Kohlebürste 34 dargestellt, die laufflächenseitig eine dachförmige Geometrie aufweist, wobei die Gleitfläche 36 selbst gekrümmt ist. Eine entsprechende Kohlebürste 34 kann z. B. in Druckern eingesetzt werden.

Claims

Verfahren zum Bearbeiten einer Kohlebürste (10, 18, 26, 34) aus Kohlenstoffmaterial, wie Elektrographitmaterial, mit einem Grundkörper, der durch Pressen und Wärmebehandlung sowie Schleifen oder Sägen hergestellt wird und eine Gleitfläche (12, 20, 28, 36) aufweist, die auf Lamellen eines Kommutators abstützbar ist, wobei der Grundkörper der Kohlebürste mittels Laserbearbeitung zur Erzielung gewünschter Eigenschaften in seiner Geometrie verändert wird, indem eine Gleitfläche des Grundkörpers der Kohlebürste strukturiert wird oder in zumindest einer Seitenfläche des Grundkörpers der Kohlebürste eine Vertiefung (24) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Gleitfläche (12) mittels Laser Löcher (14, 16) ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Löcher (14, 16) ein Imprägniermittel wie Schmier- und/oder Abrasivstoff eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (24) quer zur Pressrichtung des Grundkörpers der Kohlebürste (18) verlaufend ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gleitfläche (28) Nuten (30, 32) mittels Laser ausgebildet werden, die parallel zu den Lamellen verlaufen.