DE1421850A1 - Insbesondere als elektrischer Kontakt zu verwendender Presskoerper - Google Patents

Insbesondere als elektrischer Kontakt zu verwendender Presskoerper

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DE1421850A1 DE19621421850 DE1421850A DE1421850A1 DE 1421850 A1 DE1421850 A1 DE 1421850A1 DE 19621421850 DE19621421850 DE 19621421850 DE 1421850 A DE1421850 A DE 1421850A DE 1421850 A1 DE1421850 A1 DE 1421850A1
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Description

DIpl.-lng.R.H.Bahr Λββu A i]& April
r α 469 Herne, den » V^*"
Dlpl.-PhyS. E. BetZler FreiligrathstraBe 19 Postfach 14Ö
DIpl.-lng.W.Herrmann-Trentepohl -| 421 850 !Τ^Γ^"«"
PAtENTANWÄLTE
ρ -| 8000 München 25, Eisenacher Strasse
Tel.: 398011, 398012, 398013
Betr.: P 14· 21 850.9 Telex: 0524562
Compagnie de Saint-Gobain Postzustellung erbeten nach . — — 469 Heme, Postfach 140
Akten-Nr. £ 13 33-J In der Antwort bitte angeben
Compagnie de Saint-Gobain, 62 Boulevard Victor Hugo Neuilly-sur-Seine / !Frankreich
"Insbesondere als elektrischer Kontakt zu verwendender Preßkörper"
Die Erfindung betrifft einen 'insbesondere als elektrischer Kontakt zu verwendenden Preßkörper. Er besitzt eine besondere Struktur und besteht hauptsächlich aus Graphit und G-las. Seine Eigenschaften weichen von denen des Graphits aber auch des Glases ab.
Körper aus poröseip Graphit, die mit Hilfe von Unterdruck oder Druck mit geschmolzenem Glas imprägniert sind, .um dadurch bestimmte Eigenschaften des Graphits zu verbessern, sind bereits bekannt. Das geschmolzene Glas dringt jedoch nur bei bestimmten, nämlich hinreichend offenporigen Graphitarten in die Poren und Kanäle des Graphitkörpers ein. Aber auch dann ist die in den Graphitkörper einführbare Glasmenge durch die Drücke be-
Neut Unterlagen (Art7|iAi^2Nr.isaü3d«i«iwun<W3^¥l41ft.iiifl^; - 2 809808/0190
denktonto; DnadiMr Bank Aa Htm· 2Ot · PortKtwdtlconto: Dortmund 551« · Telegrammtnichrift: Bahrpatent· ttomawMtraien/BabMzpat München Kto.-Nr. «24» „ . '
BAD ORlCHNAL
schränkt, die sich praktisch noch auf das Glas aufbringen lassen, um es in den Graphitkörper eindringen zu lassen. Die Verteilung des Glases im Graphitkörper wird durch die Form und Verteilung der in diesem vorhandenen Poren und Kanäle bestimmt. Dadurch besitzen die bekannten, aus Graphit und Glas bestehenden Körper einen verhältnismäßig begrenzten Bereich nutzbarer Eigenschaften.
Daneben sind Sinterkörper aus Glas und einem Pulver eines elektrisch leitenden Stoffes bekannt. Der Glasanteil dieser Körper besteht aus Glaspulver oder —lörnern, und das Zusammentritten erfolgt durch Durchleiten eines elektrischen Stromes durch das Material.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die als unzureichend zu betrachtenden Eigenschaften der eingangs als bekannt herausgestellten und aus Glas und Graphit bestehenden Preßkörper zu verbessern.
Gemäß der Erfindung besteht das Hauptmerkmal des Preßkörpers darin, daß er hauptsächlich aus in exiner G-lasmatrize verteilten Graphitteilchen besteht, wobei die Glasmatrize aus einem Glas mit einer Viskostät von weniger als 10 Poise bei 700° 0 und einem inneren Benetzungswinkel gegenüber Graphit von weniger als 45 besteht.
Diese Körper gemäß der Erfindung können durch Y/armverpressen
ΙΟΓ9808/0190
von Mischungen aus Grraph.it und Glaspulver hergestellt werden; das geschieht dann unter Temperaturen, bei denen das Graphit nicht oxydiert.
-Man war bisher allgemein der Auffassung, daß Glas Graphit nicht benetzt. Im Gegensatz zu dieser Auffassung wurde gefunden, daß bestimmte Glaser mit einer Viskosität unter 10 Poise bei 700° C Graphit benetzen.
Die Eigenschaft einer bestimmten Glaszusammensetzung Graphit zu benetzen, läßt sich auf folgende Weise bestimmen:
Man bringt einen Glastropfen auf eine ,ebene kleine Graphitplatte, die horizontal ausgerichtet ist. Wenn der Tropfen sein Gleichgewichtszustand angenommen hat, wird -der Innenwinkel des Tropfens gemessen. Der Innenwinkel ist der zwischen der oberen Horizontalebene der Platte und der Tangentialebene an die Oberfläche des Tropfens im Bereich der kreisförmigen Kontaktlinie der Oberfläche des Tropfens auf der Horizontalebene eingeschlossene Winkel. Ist dieser/^enetzungswinkel gegenüber Graphit kleiner als 45°, so benetzt das Glas Graphit.
Praktisch hat das Glas noch bessere Eigenschaften, wenn der innere Benetzungswinkel kleiner als 15° ist. Die Bestimmung des Benetzungswinkels erfolgt allgemein in der Luft bei einer Temperatur, die niedriger als die bei 450 C liegende Verbrennungstemperatur des Graphits ist.
V/eichgläser, die die geforderten Eigenschaften 'besitzen und • deshalb geitiäß weiteren lierfcnalen dex* .Erfindung Verwendung finden können, sind z.B. die Bleiborate und Blei-Borsilikat©:^* aber, auch gewisse komplexe Bor Silikate, !lieh Ό vei^/enübar'sind Bleisilikate oder ITatriumborat, weil sie" unter den gegebenen: ;■ Voraussetzungen Graphit nicht benetzen.
Gemäß einem weiteren Kerkmal der Erfindung können in der aus Glasteilchen und Graphitteilchen bestehenden Ilisehung die Glasteilchen Abmessungen von geringfügig unter 50 M haben. Vorzugsweise besitzen sie~ indessen Abmessungen unterhalb von 30 V-f um die Iliscliung der Bestandteile und den Agglomerier-Vorgang zu erleichtern. ."
An sich sind für Preßkörper nach der Erfindung alle möglichen Graphite verwendbar, obwohl insbesondere Graphite ;uit nur geringem Gehalt an amorphem Kohlenstoff benutzt .wei-den. ]jie Korngröße des Graphits soll vorzugsweise unterhalb von 50 ju. liegen. Die Mischung des Graphits und des Glases wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung aus 25 bis 90 Vol-?o an : Glasteilchen und 75 bis 1Ö Vol-jS an Graphitteilchen; hergestellt. Sie erfolgt im trockenen Zustand so innig wie möglich.
Diese Mischung kann prinzipiell nach jedem bekannten Brikettierverfahren agglomeriert werden, insbesondere wird jedoch in i&lgender Weise gearbeitet: ' . *
Eine innige liischung von Graphit und Glaspulver in anteiligen
-.5 Neue Unterlaaen (Art7|tAbyaNri8*u3d*«Xnd«rut«iotev4eiai6; *· ·
(Art.7|tAby.aNr.i8* β 8 08/0 180
BAD ORIG1NAL
Mengen wird kalt unter Druckeinwirfcung in der Größenordnung von 300 kg/cm zu Pastillen verpreßt. Die erhaltene Pastille ' läßt sich leicht entformen. Sie wird dann in eine zuvor auf die Agglomerationstemperatur- von 450° C erhitzte Stahlform eingesetzt. Diese Temperatur wird mit einer Beheizungsvorrichtung solange aufrechterhalten, bis die Pastille die gleiche Temperatur annimmt. Hierauf wird auf die von der Form umschlossene Pastille ein Druck in der gleichen Größenordnung wie- in der ersten Phase des Kaltpressens ausgeübt, und dann wird die Beheizung der Form eingestellt. Der Druck wird so lange aufrechterhalten, bis die Temperatur der Form unter die dilatometrische Erweichungstemperatur des Glases abgesunken ist; danach handelt es sich um die Temperatur, die dem Maxium der vollständigen Dilatationskurve von Glas entspricht (vergl. G. W.. Moray "The properties of glass", 1954, Seite 165). Sie beträgt beispielsweise für Bleiborathaltiges Glas 350° G. Dann kann das noch heiße Graphit-Glas-Agglomerat sehr einfach entformt werden. Es haftet praktisch nicht am Metall der Form. So lassen sich Pastillen von beliebigem Abmessungen und Körper in Scheibenform herstellen. Insbesondere sind Scheiben von 30 bis 120 mm 0 leicht zu erzeugen*
Die nach diesen Verfahren hergestellten Graphit-Glas-Agglomerate sind leicht zu bearbeiten, obwohl das Glas die die Graphitteilchan umhüllende Phase bildet. Dazu sind keine mit Diamanten besetzten Werkzeuge, wie sie für die Bearbeitung von Glas genutzt werden, notwendig. Uach den auf dem Gebiet der Mecha-
• 809808/0190
nik oder des Glases bekannten Techniken kann dem Körper eine bemerkenswerte, spiegelnde "Politur erteilt werden. ^5 l;
Die Ausdehnungskoeffizienten der Agglomerate sind sehr, klein; so lange die Agglomerate nicht mehr als 75 bis 80 Vo1.-$ Glas enthalten, sind sie denen des Graphits gleich der oder kaum höher als diese.
Ihr Verhalten gegenüber Wasser ist unabhängig von ihrer Zusammensetzung ausgezeichnet. Sie sind auch bei verhältnismäßig hohen Glasgehalten ebenso elektrisch leitfähig wie Graphit. Ihre besonders gute Beständigkeit gegenüber Oxydation ist etwa 3 bis 5 mal besser als die des Graphits.
Bestimmte Eigenschaften der Graphit-TGlas-Körper gemäß der Erfindung ändern sich mit ihrer Zusammensetzung. So steigt ihre Porosität mit dem Gehalt an Graphit an. Sie ist besonders hoch bei Graphitanteilen in der Größenordnung von 60 bis 65 Vol.-$ und sinkt praktisch auf Muli ab, sobald, das Verhältnis von Graphit zu Glas eine bestimmte Grenze unterschreitet. Die Wärmedurchlässigkeit steigt mit dem Graphitgehalt der Körper an· Sie liegt schon bei einem Graphitzusatz von ca. 10 Vol.-$ erheblich höher als bei Glas. Umgekehrt verbessern sich mit wachsendem Glasanteil die mechanischen Eigenschaften der Körper wie ihre Druck-, Bruch- und ihre Verscheißfestigkeit; daraus ergeben sich besondere Vorteile bei der Verwendung solcher Körper als,Stromabnehmer an elektrischen Motoren oder Generatoren.
80 980 8/0190 $ÄÖ
Beispielsweise besitzt ein aus Graphit und 78$ Jfeiboratglas bestehender Körper eine Druckfestigkeit von etwa 27 kg/cm ; diese ist demnach erheblich höher als die des Graphits, Er hat außerdem bei seiner Verwendung als Stromabnehmer eines Elektromotors eine Versehleißfestigkeit, bei der die Breite des mit der Spitze eines Diamanten auf dem Körper hergestellten Ritzes nur 3/10 derjenigen beträgt, die sich unter gleichen Bedingungen bei einem Stromabnehmerkörper aus gewöhnlichen Graphit ergibt. Hinsichtlich der Verschleißfestigkeit besitzen die besten Werte Körper mit erheblichen Volumenanteil an Glas. Die Verschleißfestigkeit solcher Zörper ist dann viel höher als die der Graphite durchschnittlicher Qualität, wie sie z. Zt. z.B. als Stromabnehmer für Dynamomaschinen verwendet werden.
Der Reibungskoeffizient der erfindungsgemäßen aus Graphit und Glas bestehenden Körper, insbesondere auf Messing, ist verhältnismäßig klein. Der Haftreibungskoeffizient und der Gleitreibungskoeffizient unterscheiden sich nur geringfühig voneinander. Das ist sehr vorteilhaft, wenn die Körper als Reibkörper verwendet werden.
Ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung von Körpern aus Graphit und Glas gemäß der Erfindung und die wesentlichen Eigenschaften dieser Körper werden nachstehend erläutert.
. ' E e i s ρ i e 1
Insgesamt 200 g, die zu 53 Volumenteilen aus Graphitpulver,
8 0'980 8/ 0 19 0 BAD ORiGiNAL - 8 -
welches 99,5$ Kohlenstoff, d.h. 30 g enthält, und mit einem nur geringen Gehalt an amorphem Kohlenstoff- in einer Teilchengröße von -1 "bis 10/u sowie zu 47 Tolument eilen aus Bleiborathal tigern Glas mit 12)0 BpO,, d.h. 170 g, in fein gemahlenem Zustand mit einer Teilchengröße von unter 30/u 'bestehen,.werden
Glyserln trocken nach Zusatz .einiger Tropfen/innig gemischt.»Die Mi-
schung wird mit einem Druck von 300 kg/cm zu kleinen Scheiben von 30 mm 0 und 15 mm Höhe kalt verpreßt. Die für das Kalt- ' pressen verwendete Form der Presse wird dann durch eine vorher geölte Warmpreßform ersetzt. Diese ist ein einteiliger Körper, der einen zylindrischen Hohlraum von 31 mm 0 aufweist, in dem ein zylindrischer Kolben gleitet. Die Form wird von einer ihren Umfang umgebenden Anzahl von Heizvorrichtungen auf 450 0 aufgeheizt und mit einem Thermostat.auf dieser Temperatur gehalten. .'.-■-■:
Die Scheibe wird in den Hohlraum der Form unter den Kolben eingesetzt und bleibt dort zunächst etwa 15 Minuten. Mit dem KoI-ben wird auf sie ein Druck von 300 kg/cm; aufgebracht; dann wird die Erhitzung der Form abgebrochen, und der Druck wird--: aufrechterhalten, bis die Temperatur-im Inneren der Form auf 350 G abgefallen ist. Dann kann.der Körper sehr leicht entformt werden.. ·
So erhält man Scheiben mit einem spezifischen Gewicht von 3,95 und glänzendem, sowie-homogenen Aussehen. Diese Scheiben lassen sieh mechanisch bearbeiten. Aus ihren können Probestäbchen her-
8 ^B :ö 8 A4 9 0 BAD ORIGINAL
gestellt v/erden, die zur-Bestimmung der pysikalischen Eigenschaften des Körpers dienen.
Ihre durch sklerometrische Untersuchung mit einer Diamantspitze unter einer Belastung von 40 g (Feststellung der Strich "breite) ermittelte Harte "betrug 63. Der entsprechende Wert für einen als Stromabnehmerkörper einer Dynamomaschine verwendeten ΰ-räphitkörper "beträgt 100.
Die Beständigkeit gegen Wasser, für die als Maß der Gewichtsverlust eines Probekörpers je Oberfächeneinheit nach 24-stündigem Verbleiben in destilliertem V/asser mit einer- Temperatur von 80° C dient, wurde mit 0,6 mg/cm ermittelt. Die Koeffizienten der Haftreibung auf Messing und Stahl ohne Verwendung eines Schmiermittels einer mit Schleifpapier und mit Filz und Polierrot polierten Oberfläche des Körpers unter einer BeIa-stung von in" beiden Fällen 1,5 kg/cm betrugen 0,086 für Messing und 0,157 für Stahl.
Die Widerstandsfähigkeit- eines Probekörpers gegen Oxydation wurde durch den Gewichtsverlust des Körpers nach zweistündigem Aufenthalt in einem Ofen mit einer Temperatur von 350° ö bestimmt; sie erwies sich als ausgezeichnet. Der Gewichtsverlust betrug praktisch UuIl.
Durch Viiegen eines zunächst trockenen und damn mit Wasser gesättigten Probekörpeis und durch Bezug der Gewichtsdifferenz auf das Volumen wurde die offene und die Gesamtporosität, die
8 0 9 8 0 8/0190 BAD ORtGWAL
- 10 - .
■)
sich durch, den Unterschied des wahren und den Scheingewichtes bestimmt, ermittelt. Ss wurden 0,07^ bzw. 1,20$ gemessen.
Der V/ärmeausdehnungskoeffizient des Körpers beträgt 30 χ 10 ,
ρ aein elektrischer Widerstand 0.60 Ohm/cm /cm und seine Wärmedurchlässigkeit 27 χ 10 m /h. Die Druckfestigkeit des neuen Körpers beträgt 1024 kg/cm , die Druckfestigkeit von Stromabnehmerkörpern aus Graphit liegt dagegen in der Größenordnung
? ρ
von 400 kg/cm bis 600 kg/cm . Die Biegefestigkeit des Körpers
P '
liegt bei 800 kg/cm , die des für Stromabnehmerkörper üblicherweise verwendeten Graphits in der Größenordnung von 100 kg/cm bis 300 kg/cm2.
Der Verlust durch Verschleiß betrug während einer Zeitdauer von 30 Minuten unter einem Druck von 250 g/cm 13 mm /cm . ■·
Patentansprüche:
BAU OHiQiNAL
&Ρ98 08/0Ί9 0·

Claims (8)

Patentansprüche :
1. Preßlcörper, insbesondere sur Verwendung alc elektrischer Eontakt, dadurch gekennseich.net, daß er hauptsächlich auc in einer Glasiriatriae verteilten Graphitteilchen besteht, v/ob ei die Glasnatrise aus eine» Glas
4- ο
mit einer Viskosität von weniger als 10 Poise bei 700 und einen inneren Benetzun^swinkel gegenüber Graphit von veniger als 45° besteht.·
2. Preßlcörper nach Anspruch 1,- dadurch "^ gekennzeichnet, daß das die Glasinatrize bildende Glas Έ,οχαχ-jd. B0O, enthält.
3. Preßkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Glasaatrize bildende Glas ein Bleiborat ist.
4. Preßkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Glasmatrize bildende Glas ein 31eiborsil!kat ist.
5. Preßkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Glasiuatrize bildende Glas ein komplexes Borsilikat ist.
—
6. Preßkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch.
- -12 -
asu
OBlQiNAt
80 9808/0190 SAD OBlQ«NAt
Al
gekeiinzeich.net, daß er aus einer Mischung, die bis 90 YoI,-fo an Glasteilehen und 75 bis 10$ an Graph.itteilchen enthält, hergestellt ist.
7. Preßkörper nach einem der Anspruchs T bis 6, aus einer Mischung aus Glasteilehen und G-raphitteilehen, d a d u r c 3i gekennzeichnet, daß die G-raph.itteilch.en Abmessungen unterhalb 50 Mikron aufweisen.
8. Preßkörper nach, einem der Ansprüche 1 bis 7? aus einer Mischung aus Glasteilchen und Graphitteilchen, d a d .u r c h gekennzeichnet, daß die Glasteilchen Abmes-· sungen unterhalb 30 Mikron aufweisen.
- BAD ORIGINAL
80980 8/0190
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