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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schichtkohlebürste, insbesondere eine Zwei-Schicht-Kohlebürste, mit einer zwischen zwei Kohlebürstenteilen angeordneten, nichtleitenden Verbindungsschicht zur mechanischen Verbindung der Kohlebürstenteile, wobei die Verbindungsschicht homogen ausgebildet ist, mit einer unmittelbar an Verbindungskontaktflächen der Kohlebürstenteile angrenzenden ausgehärteten Klebermasse. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Schichtkohlebürste.
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Insbesondere zum Einsatz bei Waschmaschinenmotoren, die im Wechselstrombetrieb betrieben werden, ist es üblich, als Mehrschicht-Kohlebürsten ausgebildete Kohlebürsten einzusetzen, um eine bessere Kommutierung zu erreichen. Beispielsweise ist aus der
EP 1 524 738 A1 eine Zwei-Schicht-Kohlebürste bekannt, die aus zwei mittels einer nichtleitenden Verbindung miteinander verbundenen Kohlebürstenteilen besteht.
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Zur Ausbildung einer funktionssicheren Verbindungsschicht hat es sich in der betriebsinternen Praxis bewährt, zur Ausbildung einer Verbindungsschicht einen beidseitig mit einem Haftkleber versehenen Folienbandstreifen zwischen den Kohlebürstenteilen anzuordnen, derart, dass die Kohlebürstenteile mit ihren Verbindungskontaktflächen zur Anlage gegen die Haftkleberbeschichtung des Folienbandstreifens gebracht werden.
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Die Verwendung eines Folienbands als Substrat für den beidseitig auf das Folienband angeordneten Haftkleber bedingt bei der Herstellung der bekannten Schichtkohlebürsten einen hohen apparativen Aufwand, da das Folienband mit besonderen Führungseinrichtungen den Kohlebürstenteilen zugeführt werden muss und darüber hinaus eine geeignete Schneidvorrichtung vorgesehen werden muss, die das Folienband in den Abmessungen der Kohlebürstenteile entsprechende Folienbandstreifen unterteilt.
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Bereits die Bereitstellung eines geeigneten Folienbands, das beidseitig mit einem Kontaktkleber versehen ist, ist mit einem entsprechenden Kostenaufwand verbunden, da eine „Verklebung“ der Kohlebürstenteile mit dem mit Haftkleber versehenen Folienband zunächst noch die Herstellung eines solchen mit Haftkleber versehenen Folienbands erfordert.
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Weiterhin ist die minimal mögliche Dicke einer mittels mit Haftkleber versehenem Folienband hergestellten Verbindungsschicht durch die Dicke des Folienbands zuzüglich der beiden Haftkleberschichten, so dass die Verbindungsschicht tatsächlich einen heterogenen, aus drei Schichten bestehenden Aufbau aufweist, begrenzt.
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Aus der gattungsbildenden
AT 153 056 B ist ein Verfahren zur Herstellung von Schichtenbürsten bekannt, bei dem die Schichten mittels eines Gemischs aus Kunstharzlösung und Beschleunigungssubstanzen ohne zusätzliche Druck- und Wärmebehandlung zusammengeklebt werden.
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Die
DE 17 87 296 U beschreibt eine aus zusammengeklebten Kohleplatten bestehende Schichtbürste, bei der die Klebeschicht zwischen den Kohleplatten möglichst dünn ausgebildet ist, wobei das Material der Kohleplatten in Verbindung mit der Klebeschicht gegenüber normalen Vollbürsten keine größere schmirgelnde Wirkung auf den Kommutator ausübt.
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Bei der
EP 0 715 395 A1 handelt es sich um einen Kommutatormotor mit Mehrschicht-Bürsten, wobei die Isolationsschicht zwischen tangential benachbarten Teilbürsten um einen bestimmten Abstand gegenüber Lamellen des Kommutators zurückversetzt ist und erst nach dem Einlaufen mit der Kontaktfläche in Berührung kommt.
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Eine Kleber-Auftragsvorrichtung, insbesondere für Polyurethankleber, ist aus der
DE 197 05 429 A1 bekannt. Die Kleber-Auftragsvorrichtung weist einen Kleberspeicher mit Pumpe sowie ein an den Kleberspeicher angeschlossenes, beheizbares Auftragsgehäuse mit Auftragswalze und vorgelagerten Dosierstab auf. Dabei ist die Kleber-Auftragsvorrichtung derart ausgebildet, dass eine einfache und dauerhafte Kleberzuführung sowie -verarbeitung unter Vermeidung vorzeitiger und unerwünschter Kleberaushärtung gewährleistet sowie ein einfache Reinigung möglich ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schichtkohlebürste vorzuschlagen, die kostengünstig herstellbar ist und eine hohe Lebensdauer der Klebeverbindung gewährleistet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Schichtkohlebürste die Merkmale des Anspruchs 1 auf.
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Erfindungsgemäß ist die Klebermasse im Wesentlichen aus einem reaktiven 1-Komponenten-PUR-Hotmelt gebildet. Zum einen erfordert die Verwendung eines reaktiven 1-Komponenten-PUR-Hotmelt lediglich die Bereitstellung einer Komponente, also im vorliegenden Fall eines Polyurethan-Granulats, das durch Erwärmung in eine pastöse Masse umgewandelt wird, sodass im Hinblick auf die Logistik oder Bereitstellung der für die Klebermasse benötigten Materialien ein geringstmöglicher Aufwand zu betreiben ist. Zum anderen hat sich herausgestellt, dass bereits die Verwendung dieses relativ einfach aufgebauten Klebers die Erzielung optimaler Ergebnisse ermöglicht, sodass insbesondere Klebeverbindungen zwischen den Kohlebürstenteilen erreichbar sind, die im Vergleich zu herkömmlichen Klebeverbindungen eine zumindest gleiche oder sogar höhere Lebensdauer der Klebeverbindung ermöglichen.
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Die Verbindungsschicht ist homogen ausgebildet, mit der unmittelbar an Verbindungskontaktflächen der Kohlebürstenteile angrenzenden ausgehärteten Klebermasse.
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Bei der Verbindungsschicht der erfindungsgemäßen Schichtkohlebürste kann demnach auf die Bereitstellung eines Folienbands verzichtet werden. Stattdessen ist zwischen den Verbindungskontaktflächen lediglich die Klebermasse angeordnet. Der Verzicht auf das Folienband ermöglicht nicht nur eine Kostenreduktion bei der Bereitstellung der Mittel zur Ausbildung der Verbindungsschicht, sondern darüber hinaus auch die Ausbildung einer vergleichsweise dünnen, lediglich aus einer homogenen Schicht gebildeten Verbindungsschicht.
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Die Verbindungsschicht kann schon allein deswegen vergleichsweise dünner ausgebildet sein, da die Verwendung eines Folienbands mit beidseitig aufgebrachten Haftkleberschichten vom Grundsatz her schon die Ausbildung von zwei Kleberschichten notwendig macht, die durch das Folienband, als weitere Schicht, getrennt sind. Die Anordnung der homogen ausgebildeten Klebermasse zwischen den Verbindungskontaktflächen ermöglicht lediglich eine Kleberschicht.
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Insbesondere hat sich in Versuchen eine Temperaturbeständigkeit der Klebeverbindung von bis zu 250 °C herausgestellt, sodass mit der Klebeverbindung versehene Schichtkohlebürsten entsprechende Einsatztemperaturen ermöglichen.
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Auch hinsichtlich des erwünschten Isolationsverhaltens der Verbindungsschicht ermöglicht die Verwendung des 1-Komponenten-PUR-Hotmelts vergleichbare Ergebnisse. Dasselbe ist auch zutreffend für die mittels einer 1-Komponenten-PUR-Hotmelt-Klebeverbindung erreichbare Spaltfestigkeit.
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Insbesondere die hohe Wärmefestigkeit, der mittels der 1-Komponenten-PUR-Hotmelt-Klebeverbindug hergestellten Verbindungsschicht hat sich im Betrieb der mit derartigen Kohlebürsten versehenen Elektromotoren, also beispielsweise im Betrieb von Waschmaschinen, als besonders vorteilhaft herausgestellt.
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Aufgrund der Tatsache, dass die Aushärtung eines pastös aufgetragenen 1-Komponenten-PUR-Hotmelt-Klebers durch eine durch Feuchtigkeit induzierte Vernetzung erfolgt, kann die Aushärtezeit durch die Menge der zugeführten Feuchtigkeit beeinflusst werden, um beispielsweise die Aushärtezeit mit der für die Handhabung bzw. Zuführung eines zweiten, mit der Verbindungsschicht zu kontaktierenden Kohlebürstenteils benötigten Zeitspanne abzustimmen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verbindungsschicht eine Schichtdicke zwischen 0,05 und 0,25 mm aufweist, sodass aufgrund der guten Isolationseigenschaften der Klebermasse auf der einen Seite eine ausreichende Isolationswirkung gegeben ist, und auf der anderen Seite die Dicke der Klebeschicht die Gesamtdicke der Schichtkohlebürste möglichst wenig beeinflusst.
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Eine noch deutlichere Ausprägung der vorstehend geschilderten Vorteile ist erkennbar, wenn die Verbindungsschicht eine Schichtdicke zwischen 0,07 und 0,15 mm aufweist.
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Vorzugsweise weist die Klebermasse in einem Temperaturbereich zwischen 90 und 110 °C eine Viskosität zwischen 25 000 und 8 000 mPas auf. Besonders vorzugsweise weist die Klebermasse in einem Temperaturbereich zwischen 130 und 150 °C eine Viskosität zwischen 13 000 und 6 000 mPas auf.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Schichtkohlebürste weist die Merkmale des Anspruchs 6 auf.
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Erfindungsgemäß wird eine Klebermasse verwendet, die im Wesentlichen aus einem reaktiven 1-Komponenten-PUR-Hotmelt gebildet ist.
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Zur mechanischen Verbindung der Kohlebürstenteile wird eine Verbindungskontaktfläche zumindest eines Kohlebürstenteils mit einer Auftragschicht einer pastösen Klebermasse versehen und nachfolgend der zweite Kohlebürstenteil mit seiner Verbindungskontaktfläche in Verbindungskontakt mit der Klebermasse gebracht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung einer Verbindungsschicht, die einen homogenen Aufbau aufweist und lediglich aus der Klebermasse gebildet ist, ohne dass für die Relativanordnung der Klebermasse zwischen den Kohlebürstenteilen weitere Substrate, wie etwa ein Folienband, notwendig wären, die eine besondere Handhabung bzw. Zuführung zur Verbindungskontaktfläche während des Herstellungsverfahrens erfordern.
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Vorzugsweise erfolgt der Auftrag der Klebermasse auf beide der miteinander zu verbindenden Kohlebürstenteile, vorzugsweise mit einer Schichtdicke von 0,15 bis 0,2 mm, sodass nach der Trocknung der Verbindungsschicht eine Schichtdicke von etwa 0,25 mm erreicht wird.
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Eine besonders vorteilhafte Art der Applikation der Klebermasse ist der Auftrag der Klebermasse mittels einer Auftragwalze, derart, dass die Klebermasse zunächst auf die Auftragwalze und anschließend von der Auftragwalze auf die Verbindungskontaktfläche übertragen wird. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, einen besonders dünnen Auftrag mit konstanter Schichtdicke zu erzielen.
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Wenn der Auftrag der Klebermasse in einer definierten Atmosphäre erfolgt, insbesondere in einer Atmosphäre mit definierter Luftfeuchte, lässt sich die Aushärtung bzw. die Vernetzung der Klebermasse durch Feuchtigkeitsaufnahme in situ beeinflussen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Befeuchtung der Klebermasse mittels der Auftragwalze erfolgt, da somit die für die Vernetzung erforderliche Feuchtigkeit unmittelbar vor dem Auftrag der Klebermasse auf die Verbindungskontaktfläche erfolgen kann.
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Wenn die Auftragwalze einen mit Durchtrittsöffnungen versehenen Walzenmantel zur Befeuchtung der Klebermasse aufweist, derart, dass durch die Durchtrittsöffnungen eine Befeuchtung der auf die Auftragwalze aufgegebenen Klebermasse erfolgt, kann sichergestellt werden, dass die Feuchte gleichmäßig über die Verbindungskontaktfläche verteilt in die Klebermasse eingebracht wird, sodass auch die Vernetzung der Klebermasse möglichst gleichmäßig erfolgt, was der Qualität der Klebeverbindung und insbesondere deren Scher- oder Spaltfestigkeit zugute kommt.
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Nachfolgend werden eine bevorzugte Ausführungsform einer Schichtkohlebürste sowie eine mögliche Variante eines Verfahrens zur Herstellung einer Schichtkohlebürste anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1: ein Kohlebürstenteil während des Auftrags von Klebermasse auf eine Verbindungskontaktfläche;
- 2: das in 1 dargestellte Kohlebürstenteil mit der auf der Verbindungskontaktfläche ausgebildeten Verbindungsschicht vor Applikation eines zweiten Kohlebürstenteils;
- 3: die aus den beiden Kohlebürstenteilen hergestellte Schichtkohlebürste.
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1 zeigt ein Kohlebürstenteil 10 mit einer oberhalb einer Verbindungskontaktfläche 11 des Kohlebürstenteils 10 angeordneten Auftragwalze 12. Zwischen der Auftragwalze 12 und der Verbindungskontaktfläche 11 ist ein Walzenspalt 13 ausgebildet.
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Wie 1 weiter zeigt, erfolgt auf die Auftragwalze 12 von oben ein Auftrag einer Klebermasse 14, wobei abweichend von der Darstellung in 1, die den unmittelbaren Auftrag der Klebermasse 14 auf die Auftragwalze 12 zeigt, der Auftrag der Klebermasse 14 auf die Auftragwalze 12 auch mittels einer Zuführwalze oder eines Zuführwalzensystems erfolgen kann, um den Auftrag der Klebermasse 14 auf die Auftragwalze 12 noch gleichmäßiger auszugestalten.
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Während des Auftrags der Klebermasse 14 auf die Verbindungskontaktfläche 11 erfolgt eine Translationsbewegung 15 des Kohlebürstenteils 10 längs einer Translationsachse 16 und eine Rotation der Auftragwalze 12 um eine Rotationsachse 17. Durch die Spaltweite s des Walzenspalts 13 wird die Schichtdicke der mittels der Auftragwalze 12 auf der Verbindungskontaktfläche 11 ausgebildeten Kleberschicht 18 definiert.
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2 zeigt den mit der Kleberschicht 18 auf seiner Verbindungskontaktfläche 11 versehenen Kohlebürstenteil 10 unmittelbar vor Applikation eines zweiten Kohlebürstenteils 19, und 3 zeigt eine fertiggestellte Schichtkohlebürste 21 mit zwischen den Kohlebürstenteilen 10 und 19 ausgebildeten Kleberschicht 18.
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Um während des Auftrags der Klebermasse 14 mittels der Auftragwalze 12 einen definierten Feuchteeintrag in die Klebermasse 12 vorzusehen, ist ein Walzenmantel 21 der Auftragwalze 12 hier mit einer durch hier nicht dargestellte Durchtrittsöffnungen ausgebildeten Perforation versehen, die gegebenenfalls mittels Druckbeaufschlagung eines Innenraums 22 der Auftragwalze 12 einen definierten Feuchteeintrag in die Klebermasse 14 ermöglicht.
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In den Darstellungen gemäß 1 und 3 sind die Kohlebürstenteile 10 und 19 bereits mit Bohrungen 23 zur Anordnung von nachträglich der Verbindung der Kohlebürstenteile 10 und 19 in den Bohrungen 23 aufgenommenen Anschlusslitzen versehen.
