DE102015205735A1 - Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials zur Herstellung von elektrischen Kontaktkörpern für eine Kraftstoffpumpe sowie Kontaktkörper - Google Patents

Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials zur Herstellung von elektrischen Kontaktkörpern für eine Kraftstoffpumpe sowie Kontaktkörper Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials zur Herstellung von als Kohlenstoffformkörpern ausgebildeten elektrischen Kontaktkörpern einer in einer Kraftstoffumgebung betriebenen Kraftstoffpumpe, wobei das Kohlenstoffverbundmaterial neben dem Kohlenstoff ein duroplastisches oder thermoplastisches Bindemittel und einen Metallanteil aufweist, der größer als 0,5 % und kleiner als 25 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials zur Herstellung von als Kohlenstoffformkörpern ausgebildeten elektrischen Kontaktkörpern einer in einer Kraftstoffumgebung betriebenen Kraftstoffpumpe, wobei das Kohlenstoffverbundmaterial neben dem Kohlenstoff ein duroplastisches oder thermoplastisches Bindemittel und ein Metallanteil aufweist, der größer als 0,5 % und kleiner als 25 % der Gesamt masse des Kohlenstoffverbundmaterials ist.
  • Zur Herstellung von als Kohlenstoffformkörpern ausgebildeten elektrischen Kontaktkörpern, also beispielsweise von Kohlebürsten, ist es bekannt unterschiedliche Bindemittel zu verwenden, die in Kombination mit dem Kohlenstoff und etwaigen Hilfsstoffen, wie Festschmierstoffe und Putzmittel, in einem Formpressverfahren zu einem Kohlenstoffverbundmaterial verarbeitet werden.
  • So ist aus der EP 1 713 148 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Kohlebürsten bekannt, bei dem einer pulverförmigen Mischung aus einem Kohlenstoffpulver und einem thermoplastischen Bindemittel Metallpulver hinzugefügt wird und die Pulvermischung in einem Formpressverfahren zu einem Kohlenstoffformkörper verarbeitet wird. Bei dem bekannten Kohlenstoffverbundmaterial werden dem Kohlenstoff Metallpulver zugesetzt, um den Werkstoffwiderstand der Kohlebürste und den Übergangswiderstand zwischen Kohlebürste und Kommutator im Bereich kleiner Spannungen zu reduzieren. Insbesondere bei einem Einsatz der Kohlebürsten in einem automobilen Bordnetz mit einer Nennspannung von 12 V wird die Hinzufügung eines Metallpulvers mit einem Anteil von 30 bis 60 Gew.-% empfohlen.
  • Aufgrund ihres Betriebes in einer Kraftstoffumgebung bestehen bei bürstenbetriebenen Kraftstoffpumpen besondere Betriebsbedingungen für die Kohlebürsten und die mit den Kohlebürsten zusammenwirkenden Kommutatorsegmente, die mit Betriebsbedingungen außerhalb der Kraftstoffumgebung nicht vergleichbar sind. Dabei hat sich insbesondere herausgestellt, dass in dieser Kraftstoffumgebung temporäre Überspannungen, die 14 V überschreiten, die Lebensdauer der Bürsten-Kommutator-Systeme erheblich verkürzen können, da infolge der Überspannungen der Bürsten- und der Kommutator-Verschleiß erheblich ansteigen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Verschleiß eines in einer Kraftstoffumgebung betriebenen Bürsten-Kommutator-Systems einer Kraftstoffpumpe zu reduzieren. Diese Aufgabe wird durch die Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials zur Herstellung von als Kohlenstoffformkörpern ausgebildeten elektrischen Kontaktkörpern mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Überraschenderweise hat sich in einer Kraftstoffumgebung die Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials als Lösung der vorstehenden Aufgabenstellung herausgestellt, das neben dem Kohlenstoff und einem duroplastischen oder thermoplastischen Bindemittel einen Metallanteil aufweist, der größer als 0,5 % und kleiner als 25 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials ist.
  • Die erfindungsgemäße Verwendung des Kohlenstoffverbundmaterials erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die Kraftstoffpumpe an ein automobiles Bordnetz mit einer Netzspannung von 12 V angeschlossen ist. Abweichend von der Lehre der EP 1 713 148 A1 , die auf dem grundsätzlichen Ansatz basiert, in einem automobilen Bordnetz mit einer Netzspannung von 12 V den Verschleiß der Kohlebürsten durch eine Reduzierung des Widerstands des Kohlenstoffmaterials durch eine Beimischung eines Metallpulvers mit einem Anteil von 30 bis 60 % an der Gesamtmasse des Kohlenstoffmaterials zu reduzieren, hat sich nämlich herausgestellt, dass in einer Kraftstoffumgebung ein vergleichsweise geringerer Metallanteil zu besseren Ergebnissen betreffend die Reduzierung des Verschleißes im Kohlebürsten-Kommutator-System führt.
  • Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials herausgestellt, das einen Metallanteil von maximal 20 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials aufweist.
  • Wenn der Metallanteil dem Kohlenstoffverbundmaterial in Pulverform hinzugefügt ist, lässt sich eine besonders homogene Verteilung des Metallanteils im Kohlenstoffverbundmaterial erzielen.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Metallanteil überwiegend Metallpartikel mit einem Partikeldurchmesser von bis zu 1 mm aufweist, wobei insbesondere dann, wenn 80 % oder besonders vorzugsweise 95 % der Metallpartikel einen Partikeldurchmesser von bis zu 1 mm aufweisen, ein besonders gleichmäßiger Verschleiß erzielbar ist.
  • Hinsichtlich der Zusammensetzung des Metallanteils hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Metallanteil zumindest ein Metall der die Metalle Aluminium, Zink und Silber umfassenden Gruppe von Metallen aufweist.
  • Im Fall der Ausbildung des Metallanteils aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung ist es besonders vorteilhaft, wenn der Metallanteil größer als 0,5 % und kleiner als 20 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials ist.
  • Vorzugsweise beträgt der Metallanteil aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung maximal 10 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials.
  • Im Fall der Ausbildung des Metallanteils aus Zink oder einer Zink-Legierung ist es besonders vorteilhaft, wenn der Metallanteil größer als 0,5 % und kleiner als 20 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials ist.
  • Vorzugsweise beträgt der Metallanteil aus Zink oder einer Zink-Legierung maximal 10 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials.
  • Im Fall der Ausbildung des Metallanteils aus Silber oder einer Silber-Legierung ist es besonders vorteilhaft, wenn der Metallanteil größer als 0,5 % und kleiner als 15 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials ist.
  • Vorzugsweise beträgt der Metallanteil aus Silber oder einer Silber-Legierung maximal 10 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials.
  • Wenn der Metallanteil mehrere Metalle umfasst, kann der Metallanteil als Legierung oder auch als Gemisch dem Kohlenstoffmaterial hinzugefügt sein.
  • Die vorliegende Aufgabenstellung wird auch gelöst durch die Verwendung eines Kontaktkörpers zur Ausbildung eines elektrischen Kontakts an einer Kraftstoffpumpe, wobei der Kontaktkörper ausgebildet ist als ein Kohlenstoffformkörper aus einem Kohlenstoffverbundmaterial, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16.
  • Vorzugsweise ist der erfindungsgemäß verwendete Kontaktkörper als Kohlebürste oder als Kommutatorsegment eines Kommutators ausgebildet.
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe weist zumindest eine Kohlebürste oder ein Kommutatorsegment auf, die bzw. das aus einem Kohlenstoffverbundmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16 hergestellt ist.
  • Nachfolgend werden bevorzugte Materialzusammensetzungen von zur Herstellung von Kontaktkörpern einer Kraftstoffpumpe verwendeten Kohlenstoffverbundmaterialien aufgeführt, wobei die nachfolgend angegebenen Prozentangaben mit einem Toleranzbereich von +/–2 %, vorzugsweise +/–1 %, zu verstehen sind.
  • In einer ersten Ausführungsform enthält das zur Herstellung einer Kohlebürste verwendete Material bezogen auf die Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials:
    • – 14 % thermoplastisches Bindematerial,
    • – 80 % Graphit,
    • – 1 % Putzmittel und
    • – 5 % Aluminiumpulver.
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsform enthält das zur Herstellung einer Kohlebürste verwendete Material bezogen auf die Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials:
    • – 7 % duroplastisches Bindemittel,
    • – 80 % Graphit,
    • – 5 % Festschmierstoff,
    • – 1 % Putzmittel,
    • – 7 % Aluminiumpulver.
  • Gemäß einer dritten Ausführungsform enthält das zur Herstellung einer Kohlebürste verwendete Material bezogen auf die Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials:
    • – 10 % thermoplastisches Bindemittel,
    • – 67 % Graphit,
    • – 5 % Festschmierstoff,
    • – 1 % Putzmittel,
    • – 17 % Zinkpulver.
  • Gemäß einer vierten Ausführungsform enthält das zur Herstellung einer Kohlebürste verwendete Material bezogen auf die Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials:
    • – 7 % duroplastisches Bindemittel,
    • – 80 % Graphit,
    • – 5 % Festschmierstoff,
    • – 1 % Putzmittel,
    • – 7 % Silberpulver.
  • Gemäß einer fünften Ausführungsform enthält das zur Herstellung eines Kommutatorsegments verwendete Material bezogen auf die Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials:
    • – 10 % thermoplastisches Bindemittel,
    • – 80 % Graphit,
    • – 4 % Kohlefaser,
    • – 6 % Aluminiumpulver.
  • Gemäß einer sechsten Ausführungsform enthält das zur Herstellung eines Kommutatorsegments verwendete Material bezogen auf die Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials:
    • – 10 % duroplastisches Bindemittel,
    • – 75 % Graphit,
    • – 15 % Zinkpulver.
  • Gemäß einer siebten Ausführungsform enthält das zur Herstellung eines Kommutatorsegments verwendete Material bezogen auf die Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials:
    • – 10 % thermoplastisches Bindemittel,
    • – 76 % Graphit,
    • – 2 % Kohlefaser,
    • – 12 % Aluminiumpulver.
  • Gemäß einer achten Ausführungsform enthält das zur Herstellung eines Kommutatorsegments verwendete Material bezogen auf die Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials:
    • – 11 % duroplastisches Bindemittel,
    • – 80 % Graphit,
    • – 4 % Kohlefaser,
    • – 5 % Silberpulver.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1713148 A1 [0003, 0007]

Claims (20)

  1. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials zur Herstellung von als Kohlenstoffformkörpern ausgebildeten elektrischen Kontaktkörpern einer in einer Kraftstoffumgebung betriebenen Kraftstoffpumpe, wobei das Kohlenstoffverbundmaterial neben dem Kohlenstoff ein duroplastisches oder thermoplastisches Bindemittel und einen Metallanteil aufweist, der größer als 0,5 % und kleiner als 25 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials ist.
  2. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffpumpe an ein automobiles Bordnetz mit einer Netzspannung von 12 V angeschlossen ist.
  3. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallanteil maximal 20 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials beträgt.
  4. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallanteil dem Kohlenstoffverbundmaterial in Pulverform hinzugefügt ist.
  5. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallanteil überwiegend Metallpartikel mit einem Partikeldurchmesser von bis zu 1 mm aufweist.
  6. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als 80 % der Metallpartikel einen Partikeldurchmesser von bis zu 1 mm aufweisen.
  7. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als 95 % der Metallpartikel einen Partikeldurchmesser von bis zu 1 mm aufweisen
  8. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallanteil zumindest ein Metall der die Metalle Aluminium, Zink und Silber umfassenden Gruppe von Metallen aufweist.
  9. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall der Ausbildung des Metallanteils aus Alumium oder einer Aluminium-Legierung der Metallanteil größer als 0,5 % und kleiner als 20 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials ist.
  10. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallanteil maximal 10 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials beträgt.
  11. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall der Ausbildung des Metallanteils aus Zink oder einer Zink-Legierung der Metallanteil größer als 0,5 % und kleiner als 20 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials ist.
  12. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallanteil maximal 10 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials beträgt.
  13. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall der Ausbildung des Metallanteils aus Silber oder einer Silber-Legierung der Metallanteil größer als 0,5 % und kleiner als 15 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials ist.
  14. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallanteil maximal 10 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials beträgt.
  15. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrere Metalle umfassender Metallanteil dem Kohlenstoffverbundmaterial als Legierung hinzugefügt ist.
  16. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrere Metalle umfassender Metallanteil dem Kohlenstoffverbundmaterial als Gemisch hinzugefügt ist.
  17. Verwendung eines Kontaktkörpers zur Ausbildung eines elektrischen Kontakts an einer Kraftstoffpumpe, wobei der Kontaktkörper hergestellt ist als Kohlenstoffformkörper aus einem Kohlenstoffverbundmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16.
  18. Verwendung eines Kontaktkörpers nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkörper als Kohlebürste ausgebildet ist.
  19. Verwendung eines Kontaktkörpers nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkörper als Kommutatorsegment eines Kommutators ausgebildet ist.
  20. Kraftstoffpumpe mit zumindest einer Kohlebürste nach Anspruch 18 oder einem Kommutatorsegment nach Anspruch 19.
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