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Kohlebürste für elektrische Maschinen mit Schmiermittelzusätzen Die
Erfindung betrifft Kohlebürsten für elektrische Maschinen, z. B. Motoren und Generatoren,
welche ein verbessertes Schmiermittel enthalten.
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Kontaktbürsten zur Sammlung und Lieferung von elektrischem Strom bestehen
in der Regel überwiegend aus Kohle oder Graphit. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt,
daß übliche Bürsten auf Kohlebasis rasch abgenutzt werden, wenn sie z. B. in sehr
großen Höhen und bei geringer Feuchtigkeit betrieben werden. Eine rasche Abnutzung
von Kohlebürsten tritt auch unter Bedingungen ein, bei denen extrem geringe Feuchtigkeiten
herrschen, z. B. bei Temperaturen unter 01 C in geringen Höhen. Eine übermäßige
Abnutzung der Bürsten stellt bei der Entwicklung von Flugzeugmotoren, z. B. beim
Betrieb in extrem großen Höhen und bei hohen Geschwindigkeiten ein ernsthaftes Problem
dar.
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In einigen Fällen wurden Hohlräume oder Zwischenräume von Bürsten
auf Kohlebasis mit filmbildenden Verbindungen iraprägniert oder behandelt, oder
es wurden ihnen innerhalb oder außerhalb ihrer Struktur während der Herstellung
solche Verbindungen einverleibt. Verschiedene Imprägnierungsmittel oder Zusätze
enthaltende Bürsten waren bei einem Betrieb unter den ungünstigen atmosphärischen
Bedingungen einer weniger starken Abnutzung ausgesetzt, zeigten jedoch trotzdem
noch eine verschlechterte Wirksamkeit, verglichen mit einer üblichen Bürste auf
Kohle- oder Graphitbasis, die in Anwesenheit eines ausreichenden Feuchtigkeitsgehaltes
betrieben wird. Einige dieser Schwierigkeiten wurden dadurch verursacht, daß sich
auf der Reibfläche des Kommutators oder der anderen Stromübertragungseinrichtung
ein schmieriger, filmförmiger Niederschlag aus dem Schmiermittel oder dem Zusatz
ausbildete. Dieser ungünstige Effekt kann noch durch plötzliche lokale Verdampfungs-
und Kondensationsvorgänge an bestimmten, intensiv erwärmten Stellen vecrstärkt werden.
Die Folge davon ist ein übermäßiger Widerstand der Kontaktstellen begleitet von
Funkenbildung, Rauhwerden des Kommutators, beschleunigter Abnutzung und überhitzung
der Einrichtung.
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Man versuchte, das Problem durch Einbringung verschiedener Verbindungen
in die dynamoelektrisehen Bürsten zu lösen.
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So werden in der französischen Patentschrift 977 789 verschiedene
Sulfide aufgezählt, welche einzeln oder in Mischung als Schmiermittel in Kohlebürsten
verwendet werden können. Es wurde jedoch nicht erkannt, daß die aufgeführten Probleme
nicht durch irgendwelche beliebige Mischungen, sondern nur durch ganz bestimmte
Kombinationen von Sulfiden in bestimmten Mengenverhältnissen gelöst werden können.
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Aus der USA.-Patentschrift 2 777 081 ist es ferner bekannt,
als Trockenschmiermittel für Kohlebürsten die Disulfide, Diselenide und Ditelluride
von Molybdän, Wolfram, Titan und Zirkon, einzeln oder gemischt, zu verwenden. Es
wurde jedoch gefunden, daß diese Schmiermittel, insbesondere MoS, und WS
2, bei Verwendung als Trockenschmiermittel ausgeprägte Nachteile besitzen,
indem sie in erster Linie eine sehr hohe Abnutzungsgeschwindigkeit aufweisen, was
eine laufende Erneuerung erforderlich macht, und zweitens indem sich mit zunehmendem
Verbrauch des Schmiermittels große Materialmengen zwischen sich bewegenden Oberflächen
ansammeln, was in einigen Fällen sogar ein Verklemmen oder
andere
ungünstige Wirkungen zur Folge haben kann. Ferner besitzen diese Schmiermittel nur
eine geringe Belastbarkeit, weshalb ihre Verwendung beschränkt ist. Bei Verwendung
von Bindemitteln können die Nachteile noch vergrößert werden, und/oder das Bindemittel
wird zum beschränkenden Faktor.
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In der britischen Patentschrift 768 928 wird ein Versuch beschrieben,
die Nachteile von Molybdändisulfid dadurch zu beseitigen, daß es mit pulverförmigem
Silber oder Kupfer gebrannt wird, wobei das Metall sintert und die Festigkeit und
Leitfähigkeit erhöhen soll. Dieser Zusatz von Silber oder Kupfer als Bindemittel
weist jedoch nicht nur die obenerwähnten Nachteile auf, sondern beschränkt auch
die Anwendung des Schmiermittels auf kompakte Einsätze.
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Bei den erwähnten Lösungsversuchen ist in der Regel jedoch die Niederschlagung
oder Filmbildung aus einem Schmiermittel auf dem Kommutator oder dem Ring zu stark,
wenn die Zuführungsgeschwindigkeit des Schmiermittels so bemessen wird, daß sie
zum richtigen Betrieb der Bürste ausreicht.
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Aufgabe der Erfindun 'g ist somit die Schaffung einer verbesserten,
ein Trockenschmiermittel. enthaltenden Stromabnehmerbürste.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kohlebürste für elektrische Maschinen
mit Schmiermittelzusätzen, die eine Mischung von einem oder mehreren der Disulfide
MoS., WS., Zrs, und TiS 2 und einem weiteren Metallsulfidzusatz enthalten, welche
sich dadurch auszeichnet, daß der Metallsulfidzusatz aus Sns2e Sb.S., CaS, CdS,
Cr2S", AgS oder B'2S. besteht und die Menge des Metallsulfidzusatzes bis zu 20 Gewichtsprozent
des anderen Disulfids oder Disulfid-emisches beträgt.
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Mit den vorstehenden Zusätzen in Kombination mit den aufgeführten
lamellaren Metallverbindungen wurden viele Teste durchgeführt. Bei diesen Testen
wurde in der Regel ein Film aus der Schmiermittelkombination auf eine Metalloberfläche
aufgerieben, worauf man eine leichte Stahlkugel über diesen Film gleiten ließ. Der
Reibungskoeffizient zwischen der Kugel und der Oberfläche wurde gemessen. Dabei
zeigten die aufgeführten Zusätze in Kombination mit MOS2 einen Reibungskoeffizienten
zwischen 0,038
und 0,06 auf einer Flußstahloberfläche bei Belastungen
zwischen etwa 2,5 und 6 kg. Proben dieser Zusätze zeigten bei Kombination
mit WS , einen Reibun I -skoeffizient: von etwa 0,025 bis 0,035 auf
Flußstahl unter einer Belastung von 5 bis 8 kg.
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Die Versuche ergaben ferner, daß man bei Anwendung eines Schmiennittelfilms
aus MOS2 ZU-sammen mit den vorstehend beschriebenen Zusätzen einen wesentlich dauerhafteren
und abnutzungsbeständigeren Schmierinittelfilm erhält, der weniger Ansammlungen
des Schmierinittels auf einer Kornmutatoroberfläche bewirkt und Kohlebürsten eine
verlängerte Lebensdauer verleiht. Bei Anwendung der Erfindung auf eine übliche Stromabnehmerbürste,
die über einen Kupferkommutator läuft, wurde gefunden, daß die bevorzugte Konzentration
für den Zusatz zwischen etwa 2 und etwa 5 Gewichtsprozent, bezo-en auf das
MoS., liegt, obwohl auch geringere und größere Mengen gute Ergebnisse zeitigen.
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Die fol-ende Tabelle erläutert die anaeaebenen Zusätze in Kombination
mit MoS 2, welche die Abmitzungsgeschwindigkeit des Schmiermittelfilms stark herabsetzen.
| Reibungsverhalten von MoS2 |
| und verschiedenen sulfidischen Zusätzen auf Kupfer |
| Konzentration Abnutzungs- |
| Zusatz It geschwindigkeit |
| Gewichtsprozent mg/Std. |
| keiner - 0,17 27,5 |
| SnS, 10 0,18 4,0 |
| SnS2 20 0,17 5,5 |
| Sb2S5 10 0,16 4,1 |
| Sb2S5 5 0,16 6,0 |
| Sb2S5 5 0,16 8,1 |
| CaS 10 0,16 2,4 |
| BaS 10 0,24 13,0 |
| CdS 10 0,20 3,5 |
| c(IS 10 0,22 0,8 |
| Cr2S3 10 0,21 4,5 |
| Cr2S3 20 0,23 1,5 |
| Cr.S., 5 0,23 2,5 |
| Ag2S 10 0,15 5,5 |
| Bi2S3 10 0,17 3,5 |
Die Einbringung von z. B. MoS2 plus einem Additiv in Kohlebürsten kann auf dem Fachmann
bekannte Weise erfolgen. So kann z. B. das mit dem Zusatz versehene MoS, innerhalb
der Bürste dispergiert werden oder kann als Ganzes z. B. als Kern, Einsatz, große
Einzelteilchen usw. angewendet werden. Auch kann das den Zusatz enthaltende MoS
2 außerhalb der eigentlichen Bürste so angeordnet werden, daß es z. B. auf dem Kommutator,
über welchen die Bürste läuft, einen Schmiermittelfilm ergibt. Andererseits kann
auch, wie z. B. im Falle von Lagermaterialien, die Kombination aus MoS, und dem
Zusatz direkt als Film auf den Kommutator aufgebracht werden.
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In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine schaubildliche Darstellung
einer Bürste mit Schmiermitteleinsätzen und einen Teilschnitt durch einen Kommutator
und F i g. 2 eine abgeänderte Ausführungsform der Bürsteneinsätze von F i
g. 1.
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In F i g. 1 ist eine bekannte Bürstenanordnung 10
mit
einer Bürste 11 und einem Kommutator 12 dargestellt. Der Betrieb dieser Anordnung
ist für den Fachmann selbstverständlich und bedarf keiner weiteren Erläuterung.
Die Bürste 11 befindet sich in Gleitkontakt mit dem Kommutator 12 entlang
den Kommutatorlamellen 13, weshalb an den Berührungsflächen eine Abnutzung
stattfindet. Das erfindungsgemäße Schmiennittel eignet sich besonders zur Einbringung
in die Bürste 11 in Form von Einsätzen 14 oder in verschiedenen anderen Formen,
z. B. in Form von verteilten Stücken, Kernen usw. Natürlich können die Einsätze
in der Bürste 11 sich an verschiedenen Stellen zur Erzielung verschiedener
Schmierspuren befinden. Ganz allgemein gesprochen werden die Einsätze so angebracht,
daß sich auf jeden Fall zwischen den Berührungsflächen ein Schmiermittelfilm ausbildet.
Die Einsätze 14 nutzen sich ab bzw. ergeben einen Film im Verhältnis zur Abnutzung
der Bürste 11, und der sich bildende Film wiederum ergibt eine Schmierung
der Bürste 11
unter Beschränkung von deren Abnutzung.
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F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform, bei welcher die
Einsätze 15 eine rechteckige Form aufweisen
und dadurch
für die Berührungsflächen einen breiteren Film ergeben. Eine ausführlichere Beschreibung
für eine beispielsweise Anwendungsweise, ähnlich der vorstehend beschriebenen, findet
sich noch in der USA.-Patentschrift 2 736 830.
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Die Erfindung eignet sich somit in an sich bekannter Weise für Stromkollektoren,
indem man z. B. zwischen einer Bürste und einem Kommutator einen Film erzeugt, der
aus einer lamellaren Metallverbindung und einem bevorzugten Prozentgehalt eines
der beschriebenen Zusätze besteht und dauerhafter und besser ist als die bisheriaen
Schmiermittelfilme.
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Die Menge des Zusatzes richtet sich je nach den besonderen
Umständen. So ist z. B. in bezug auf die Abnutzungsgeschwindigkeit nur ein geringer
Prozentgehalt erforderlich, da die Abnutzungsgeschwindigkeit bei übersteigung der
zur Erzielung einer geringstmöglichen Abnutzungsgeschwindigkeit erforderlichen Menge
wieder zunimmt.