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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kohlebürste für eine Kraftstoffpumpe und auf ein Verfahren zum Herstellen derselben.
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2. Beschreibung der verwandten Technik
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Eine Kohlebürste zur Verwendung bei Flüssigkraftstoff ist in einen Kraftstoffpumpenmotor eingebaut und gleitet gegen einen Kommutator, der als der Gleitpartner in dem Flüssigkraftstoff dient. Ein elektrischer Kontakt mit einer Kohlebürste ist instabil für eine Kraftstoffpumpe, da Flüssigkraftstoff zwischen der Bürste und dem Kommutator existiert. Aus diesem Grund ist es wahrscheinlich, dass Funken zwischen der Bürste und dem Kommutator erzeugt werden und die Erzeugung von Funkten ist wesentlich, insbesondere an dem hinteren Gleitende, wenn sich Bürste und Kommutatorsegment voneinander trennen. Bei herkömmlichen Kohlebürsten wird Phenolharz als Bindemittel fast vollständig karbonisiert, da es bei hoher Temperatur gebrannt wird und die Kohlenstoffpartikel, die eine Hauptkomponente der Bürstenzusammensetzung sind, werden mit Phenolharzcarbid verbunden. Wenn Funken erzeugt werden, wird das Phenolharzcarbid einem Feuerschaden aufgrund der Funken ausgesetzt, was zu dem Ausfall von Kohlenstoffpartikeln und einem Verschleiß der Bürste führt.
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Da die Erzeugung von Funken gering ist, wenn der Kraftstoffpumpenmotor bei niedriger Spannung arbeitet, ist auch der Verschleiß nicht wesentlich, aber wenn eine bestimmte Spannung überschritten wird, erhöht sich der Kohlenstoffausfall schnell, Oberflächenabrasion tritt an dem hinteren Gleitende auf und die Rauhigkeit nimmt zu. Wenn dies passiert, ist es wahrscheinlicher, dass Funken erzeugt werden, Oberflächenabrasion wird bedeutender und die Bürste verschleißt schneller. Wie oben beschrieben, wenn der Kraftstoffpumpenmotor bei einer hohen Spannung unter hoher Last betrieben wird, tritt so genannter anormaler Verschleiß auf, d. h., die Bürste verschleißt anormal in kurzer Zeit. Da die Lebensdauer der Bürste und des Kommutators eine der wichtigsten Funktionen einer Kraftstoffpumpe sind, muss anormaler Verschleiß zuverlässig beseitigt werden. Es bestand der Bedarf, dass Kraftstoffpumpenmotore der letzten Jahre klein sind und hohen Kraftstoffdruck aufweisen, und daher werden solche Kraftstoffpumpenmotoren häufig unter hoher Last betrieben, um sich schneller zu drehen. Aus diesem Grund tritt ein Anstieg des Risikos von anormalem Verschleiß auf, was bei dem Entwurf einen großen Problempunkt darstellt.
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Als Beispiel auf dem Stand der Technik offenbart Patentdokument 1 (
JP 2007-300748A ) die Unterdrückung von Kommutierungsfunken durch Hinzufügen von 1 bis 10 Gewichts-% TiO
2 zu einer Kohlenstoffbürste für eine Kraftstoffpumpe. Ferner offenbart Patentdokument 2 (
JP 2008-43028A ) die Unterdrückung von Kommutierungsfunken durch Hinzufügen von 5 bis 30 Gewichts-% Montmorillonit oder faserigem Kaliumtitanat zu einer Kohlebürste. Durch Experimente jedoch, die durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung ausgeführt wurden, hat sich herausgestellt, dass die Verhinderung von anormalem Verschleiß, wenn ein Kraftstoffpumpenmotor bei hoher Spannung betrieben wird, nicht ausreichend ist für Kohlebürsten der Patentdokumente 1 und 2.
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Referenzliste
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Patentdokument
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- Patentdokument 1: JP 2007-300748A
- Patentdokument 2: JP 2008-43028A
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kohlebürste bereitzustellen, bei der anormaler Verschleiß nicht auftritt, sogar wenn ein Kraftstoffpumpenmotor bei einer hohen Spannung betrieben wird.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kohlebürste für eine Kraftstoffpumpe, die einen Bürstenkörper und einen Zuleitungsdraht umfasst, der mit dem Bürstenkörper verbunden ist, wobei der Bürstenkörper Kohlenstoff und Polyetheretherketon aufweist (wobei PEEK [-O-φ-O-φ-CO-φ]n: φ ein Benzolring ist und n der Grad der Polymerisierung von ungefähr 100 bis 1.000 ist). Polyetheretherketon ist ein hochwärmebeständiges thermoplastisches Harz mit einem Schmelzpunkt von 334°C und einem Glasübergangspunkt von 143°C. Da es höchstwärmebeständig ist, wird Polyetheretherketon nicht sehr wahrscheinlich einem Feuerschaden aufgrund von Funkenentladung zwischen demselben und einem Kommutator ausgesetzt. Aus diesem Grund ist es möglich, wenn Polyetheretherketon in einer Kohlebürste für eine Kraftstoffpumpe enthalten ist, einen anormalen Verschleiß der Bürste zu verhindern und die Lebensdauer der Bürste zu erhöhen. Ferner ist das Polyetheretherketon in dem Bürstenkörper vorzugsweise mit einer Menge im Bereich von 5 Gewichts-% bis 30 Gewichts-% einschließlich enthalten. Wenn es weniger als 5 Gewichts-% sind, fehlt es aufgrund einer unzureichenden Bürstenfestigkeit an Lebensdauer bzw. Beständigkeit und über 30 Gewichts-% nimmt die elektrische Leitfähigkeit der Bürste ab. Obwohl der Kohlenstoff in dem Bürstenkörper künstlicher Graphit sein kann, wie z. B. Elektrographit oder amorpher Kohlenstoff, ist es vorzugsweise natürlicher Graphit, der kostengünstig ist und bessere Gleiteigenschaften aufweist.
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Das Polyetheretherketon weist einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser in einem Bereich von 5 μm bis einschließlich 50 μm auf, ist vorzugsweise aber in einem Bereich von 15 μm bis einschließlich 30 μm oder wiederum vorzugsweise in einem Bereich von 20 μm bis einschließlich 30 μm. Da Polyetheretherketon Kohlenstoffpartikel miteinander verbindet, sind übermäßig große Partikel ineffizient als Bindemittel. Aus diesem Grund ist der durchschnittliche Partikeldurchmesser vorzugsweise weniger als oder gleich 50 μm, vorzugsweise weniger als oder gleich 35 μm und insbesondere vorzugsweise weniger als oder gleich 30 μm. Der optimale Wert für den durchschnittlichen Partikeldurchmesser von Polyetheretherketon liegt im Bereich von 25 μm und der durchschnittliche Partikeldurchmesser ist vorzugsweise größer als oder gleich 15 μm und insbesondere vorzugsweise größer als oder gleich 20 μm.
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Polyetheretherketon mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser, der zu klein ist, ist unzulänglich im Hinblick auf die Fähigkeit, anormalen Verschleiß zu verhindern, und Polyetheretherketon mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser, der zu groß ist, ist ineffizient als ein Bindemittel. Im Hinblick darauf umfasst die Pulvermischung, die formgepresst wird, Kohlenstoff und Polyetheretherketon, das vorzugsweise einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser in einem Bereich von 15 μm bis einschließlich 25 μm aufweist und wiederum vorzugsweise einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser in einem Bereich von 20 μm bis einschließlich 30 μm aufweist.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Herstellen einer Kohlebürste für eine Kraftstoffpumpe, die einen Bürstenkörper und einen Zuleitungsdraht umfasst, der mit dem Bürstenkörper verbunden ist, das einen Schritt zum Herstellen des Bürstenkörpers durch Formpressen einer Pulvermischung mit Kohlenstoff und Polyetheretherketon als Hauptkomponenten, und das Durchführen eines Brennens bei einer Temperatur in einem Bereich von 334°C bis einschließlich 500°C umfasst, wobei 334°C der Schmelzpunkt von Polyetheretherketon ist. Es wird darauf hingewiesen, dass das Formpressen und Brennen in derselben Form ausgeführt werden kann, oder der Bürstenkörper aus der Form zum Formpressen entfernt werden kann und in einem unterschiedlichen Schritt gebrannt werden kann, und die Brennatmosphäre jegliche Atmosphäre ist, wie z. B. Luft, Stickstoff oder eine reduzierende Atmosphäre. Obwohl Polyetheretherketon im Wesentlichen keiner Zersetzung ausgesetzt wird, wenn es bei 500°C oder weniger gebrannt wird, ist die Brenntemperatur vorzugsweise größer oder gleich 334°C, was der Schmelzpunkt ist, und weniger als oder gleich 400°C.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht das Verhindern von anormalem Verschleiß einer Kohlebürste für eine Kraftstoffpumpe und das Verbessern der Kraftstoffpumpenzuverlässigkeit.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Frontansicht einer Kohlebürste gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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2 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Menge des Kohlebürstenverschleißes bei einem Ausführungsbeispiel und einem Vergleichsbeispiel zeigt.
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3 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Menge des Kommutatorverschleißes bei einem Ausführungsbeispiel und einem Vergleichsbeispiel zeigt.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele zum Ausführen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung soll nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern basiert stattdessen auf den Ansprüchen, und die Ausführungsbeispiele können durch Hinzufügung von allgemeinem Wissen eines Fachmanns auf dem Gebiet modifiziert werden.
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8 Gewichts-% PEEK-Harz (PEEK = Polyetheretherketon) mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 25 μm wird mit 92 Gewichts-% Naturgraphitpulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 30 μm kombiniert und die Kombination wird homogen mit einem Mischer gemischt, wodurch eine Pulvermischung erhalten wird. Diese Pulvermischung wird bei einem Druck von 3 × 104 N/cm2 mit einer Pulverformpressmaschine geformt, die geformte Pulvermischung wird aus der Form entfernt und bei 350°C (die Zeit, die es bei Maximaltemperatur gehalten wird, beträgt 60 Minuten) in der Luft erwärmt, wodurch ein Bürstenmaterial erhalten wird. Diese Bürste wird in die Form gearbeitet, die in 1 gezeigt ist, unter Verwendung einer Schneidmaschine, und ein Zuleitungsdraht wird unter Verwendung einer Kupferpulverfixierung angebracht, wodurch ein fertig gestelltes Bürstenprodukt erhalten wird. PEEK ist ein thermoplastisches Harz mit einer Struktur [-O-φ-O-φ-CO-φ]n (φ ist ein Benzolring), mit einem Schmelzpunkt von 334°C und mit einem Glasübergangspunkt von 143°C.
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Wenn sie bei 350°C gebrannt werden, schmelzen die PEEK-Partikel und verbinden die Naturgraphitpartikel miteinander. Die Brennatmosphäre ist beliebig und die Maximaltemperatur während des Brennens ist größer als oder gleich 334°C, was der Schmelzpunkt von PEEK ist, und ist vorzugsweise kleiner oder gleich 500°C und insbesondere vorzugsweise kleiner oder gleich 400°C, um eine thermische Zersetzung von PEEK zu verhindern. Ferner ist die Menge an enthaltenem PEEK vorzugsweise im Bereich von 5 Gewichts-% bis einschließlich 30 Gewichts-% in Bezug auf den Bürstenkörper und der Kohlenstoff ist vorzugsweise Naturgraphit bzw. natürlicher Graphit, kann aber auch amorpher Kohlenstoff oder künstlicher Graphit sein, wie z. B. Elektrographit. Die Brenntemperatur ist vorzugsweise größer oder gleich 334°C, was der Schmelzpunkt von Polyetheretherketon ist, und kleiner oder gleich 500°C, und insbesondere vorzugsweise größer oder gleich dem Schmelzpunkt von Polyetheretherketon und kleiner oder gleich 400°C. 1 zeigt die Struktur einer Kohlebürste 2, wobei 4 den oben erwähnten Bürstenkörper anzeigt, 6 den Zuleitungsdraht anzeigt und 8 eine Gleitfläche anzeigt, die gegen einen Kommutator gleitet. Eine Kohlebürste gemäß einem Vergleichsbeispiel wurde hergestellt. 80 Gewichts-% Naturgraphitpulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 30 μm wurde in Methanol gelöst, zusammen mit 20 Gewichts-% Phenolharzlack im Verhältnis zu 80 Gewichts-% Naturgraphit, die Lösung wurde mit einem Mischer gemischt, getrocknet, pulverisiert und durch ein Sieb mit 198-μm-Öffnungen gegeben, wodurch eine Pulvermischung erhalten wurde. Diese Pulvermischung wurde bei einem Druck von 3 × 104 N/cm2 mit einer Pulverformpressmaschine geformt und die geformte Pulvermischung wurde durch Erwärmen bei 800°C in einer reduzierenden Atmosphäre mit einem Elektroofen gebrannt, wodurch ein Bürstenmaterial erhalten wird. Andere Aspekte der Kohlebürste gemäß dem Vergleichsbeispiel waren ähnlich zu jenen der Kohlebürste gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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Die Kohlebürsten gemäß dem Ausführungsbeispiel und dem Vergleichsbeispiel wurden einem Experiment unter folgenden Bedingungen ausgesetzt. Jede Kohlebürste wurde in einen Kraftstoffpumpenmotor eingebaut, der einen Kohlekommutator umfasst, und dann wurde der Motor in eine Kraftstoffpumpe integriert. Zuerst wurde eine Spannung von 14 V an die Kraftstoffpumpe angelegt, getaucht in übliches Benzin, und die Kraftstoffpumpe wurde betrieben während die Spannung alle 48 Stunden um 1 V angehoben wurde und eine konstante Spannung über jede 48-Stunden-Periode beibehalten wurde. Das Experiment wurde unter Verwendung von zwei Pumpen ausgeführt, mit einer angelegten Endspannung von 19 V und einer Gesamtbetriebszeit von 288 Stunden. Die Motoren wurden alle 48 Stunden vorübergehend gestoppt und der Betrag an Kohlebürstenverschleiß und der Betrag von Kommutatorverschleiß wurden gemessen. Der Betrag an Kohlebürstenverschleiß ist in 2 gezeigt und der Betrag an Kommutatorverschleiß ist in 3 gezeigt.
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Wie aus 2 und 3 deutlich wird, mit dem Vergleichsbeispiel, wenn eine Spannung von 16 V oder höher an den Kraftstoffpumpenmotor angelegt wurde, trat anormaler Verschleiß sowohl bei Kohlebürste als auch Kommutator auf. Bei dem Ausführungsbeispiel stiegen der Betrag an Kohlebürstenverschleiß und der Betrag an Kommutatorverschleiß im Lauf der Zeit an, erreichten aber keinen anormalen Verschleißpegel. Es hat sich herausgestellt, dass unter Verwendung von Polyetheretherketon als Bindemittel auf diese Weise das Verhindern von anormalem Verschleiß ermöglicht wird, wenn ein Kraftstoffpumpenmotor bei hoher Spannung unter hoher Last betrieben wird.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kohlebürste
- 4
- Bürstenkörper
- 6
- Zuleitungsdraht
- 8
- Gleitfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2007-300748 A [0004, 0005]
- JP 2008-43028 A [0004, 0005]
