DE19900023A1 - Verfahren zur Herstellung einer Bürste aus einem pulverförmigen Werkstoff sowie eine Bürste, die nach einem solchen Verfahren hergestellt ist - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Bürste aus einem pulverförmigen Werkstoff. Nach einem Verfahren zur Herstellung einer Bürste wird im wesentlichen pulverförmiger Werkstoff hoher elektrischer Leitfähigkeit zusammen mit einem metallischen Stromableiter verpreßt und anschließend wärmebehandelt. Um eine Bürste unkompliziert herzustellen, die im Betrieb kein zusätzliches federndes Element zum Andruck an den Kollektor benötigt, wird als Stromableiter ein streifenförmiges Berylliumbronze-Blech verwendet und die Wärmebehandlung des mit dem pulverförmigen Werkstoff verpreßten Berylliumbronze-Blechs erfolgt bei einer Temperatur, bei der die Elastizität des Berylliumbronze-Blechs gesteigert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kohlebürste aus einem pulverförmigen Werkstoff nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Nach einem bekannten Verfahren wird ein Kohlenstoffkörper dadurch hergestellt, daß ein pulverförmiger Werkstoff, der ein Bindemittel, insbesondere ein Phenolharz einschließt, zusammen mit einem Stromableiter verpreßt wird, der aus einem Kupferdraht oder einer Kupferlitze bestehen kann. Der mit dem Stromableiter verpreßte Werkstoff wird einer Wärmebehandlung unterzogen, bei der der Binder in dem Kohlenstoffkörper aus­ gehärtet wird. Die bei der Wärmebehandlung eingestellte Tem­ peratur kann eine maximal zulässige Behandlungstemperatur, bei der die Flexibilität des Stromableiters noch gewährlei­ stet ist, erreichen.

Bekannt ist auch die Herstellung einer mehrschichtigen Bür­ ste, die außer einem Abriebblock, der dazu vorgesehen ist, mit einem Kollektor in Kontakt zu stehen und der sich im Betrieb des Kollektors abnutzt, wobei der Kollektor selbst möglichst verschleißarm bleiben soll, einen weiteren mit diesem Block in niederohmiger Verbindung stehenden Block aufweist, in den der Stromableiter eingelassen ist (FR 2 709 611 B1). Der zur Kontaktierung des Stromableiters vorgesehene Block kann insbesondere aus auf der Basis von Kupfer oder Eisen gesintertem Metall bestehen. Sowohl der Abriebblock als auch der zur Kontaktierung vorgesehene Block können aber auch Mischungen von Metallpulver, Graphit, einem Bindemittel und von Zusatzstoffen sein, wobei in dem zur Kontaktierung vor­ gesehenen Block der Graphit durch metallische wiedergewonnene Abfallstoffe oder aber aus anderem Kohlenstoffmaterial er­ setzt sein kann. Als Bindemittel werden Phenolharze verwen­ det. Der daraus verpreßte Körper wird einer Wärmebehandlung zum Beispiel bei 600°C während einer Zeit unterworfen, bei der das Bindemittel weitgehend verkokt und das Metallpulver sintert. Diese Temperatur ist durch die Anwesenheit eines eingebetteten Stromableiters aus Kupfer begrenzt, dessen charakteristische mechanische Eigenschaften erhalten bleiben sollen. Wenn in einem anderen Beispiel auf die mechanischen Eigenschaften des Stromableiters aus Kupfer nicht Rücksicht genommen zu werden braucht, da dieser erst nach der Herstel­ lung des Körpers an dessen Anschlußblock angelötet wird, kann die Temperatur der Wärmebehandlung sogar 900°C betragen.

Die nach dem bekannten Verfahren hergestellten Bürsten erfor­ dern im Betrieb, d. h. wenn sie an einem Kollektor einer elek­ trischen Maschine anliegen, ein zusätzliches federndes Ele­ ment, welches den Andruck der Bürste an den Kollektor be­ wirkt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Bürste und eine danach unkom­ pliziert hergestellte Bürste zu schaffen, die im Betrieb kein zusätzliches federndes Element zum Andruck an den Kollektor benötigt.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf dem Prinzip, daß der metallische Stromableiter selbst federnd ausgebildet wird und bei der Herstellung des Bürstenkörpers in diesen fertigungs­ günstig integriert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Gestaltung des Verfahrens mit den in dem Anspruch 1 angegebenen Schritten gelöst. Hierzu gehört die Verwendung eines streifenförmigen Berylliumbronze- Blechs. Dieses streifenförmige Berylliumbronze-Blech wird in an sich bekannter Weise in den pulverförmigen Werkstoff ein­ gebettet, aus dem der Körper der Bürste zusammen mit dem Blech gepreßt wird. Im Anschluß an das Verpressen erfolgt eine Wärmebehandlung, und zwar erfindungsgemäß bei einer Temperatur, bei der die Elastizität des Berylliumbronze- Blechs gesteigert wird. Somit erhält der Stromableiter aus dem streifenförmigen Berylliumbronze-Blech eine Elastizität, die ihn als federndes Element zum Andruck der Bürste an den Kollektor besonders geeignet sein läßt. Dabei erreicht die Bürste auch die üblicherweise geforderten Eigenschaften, näm­ lich eine genügende Auszugsfestigkeit des integrierten metal­ lischen Stromableiters und einen geringen Übergangswider­ stand zwischen dem Stromableiter und dem ihn umgebenden Mate­ rial des Bürstenkörpers.

Das Verfahren kann nach Anspruch 2 mit einem pulverförmigen Werkstoff mit einem erheblichen Anteil auf Kohlenstoffgrund­ lage sowie mit einem Thermoplast als Bindemittel ausgeübt werden. Dabei erfolgt die Wärmebehandlung des mit diesem pulverförmigen Werkstoff verpreßten streifenförmigen Berylli­ umbronze-Blechs bei einer Temperatur, bei welcher der pulver­ förmige Werkstoff seine für den Einsatz als Kohlebürste er­ forderlichen elektrischen und Festigkeitseigenschaften erhält und gleichzeitig die Elastizität des Berylliumbronze-Blechs gesteigert wird. Unter einem erheblichen Anteil des pulver­ förmigen Werkstoffs auf Kohlenstoffgrundlage wird hier ein Anteil von 20 Masse % und größer verstanden. Ein weiterer wesentlicher Bestandteil, der noch größer ist, kann metal­ lisch, insbesondere Kupfer sein. Nach Anspruch 5 kann der Körper, insbesondere der Block des Körpers einer mehrschich­ tigen Bürste, in den das Berylliumbronze-Blech eingebettet ist, aus pulverförmigem Kupfer ohne Bindemittel hergestellt werden, wobei die Temperatur der Wärmebehandlung so einge­ stellt ist, daß das Kupfer gesintert wird und zugleich die Elastizität des streifenförmigen Berylliumbronze-Blechs ge­ steigert wird, welches somit eine Blattfeder bildet.

In dem Fall, in dem der pulverförmige Werkstoff zur Herstel­ lung des Bürstenkörpers gemäß Anspruch 2 einen Thermoplast als Bindemittel enthält, kann gemäß Anspruch 3 vorteilhaft einer oder mehrere der folgenden Thermoplaste in einer Charge pulverförmigen Werkstoffs eingesetzt werden: Polyphenylensul­ fide, Polysulfone, Polyphenylsulfone, Polyetheretherketone, Polyethylenterephathalate, Polyamide, Polyimide, davon abge­ leitete Kopolymere oder andere bezüglich der thermischen Eigenschaften ähnliche Thermoplaste.

Die Temperatur der Wärmebehandlung, bei welcher das Berylli­ umbronze-Blech vergütet wird und der thermoplastgebundene Werkstoff seine Festigkeitseigenschaften erhält, liegt je nach dem ausgewählten Thermoplast und der dazu passend ausge­ wählten Berylliumbronze gemäß Anspruch 4 im Bereich von 280° bis 480°.

In dem Fall in dem das streifenförmige Berylliumbronze-Blech durch Verpressen und anschließendes Sintern im wesentlichen mit pulverförmigem Kupfer verbunden werden soll, wird bevor­ zugt ein streifenförmiges Berylliumbronze-Blech verwendet, das im wesentlichen in dem Bereich, in dem es mit dem pul­ verförmigen Kupfer verpreßt wird, mit einer Zinnschicht ver­ sehen ist. Die Zinnschicht wird also auf die Blattfeder auf­ gebracht, bevor diese in den pulverförmigen Werkstoff einge­ bettet und mit diesem verdichtet wird. Mit der Zinnschicht, die als Sinterhilfsmittel dient, wird erreicht, daß bei der Wärmebehandlung die Temperatur nur auszureichen braucht, um die Elastizität des Berylliumbronze-Blechs zu steigern, wobei trotzdem gleichzeitig eine gute Sinterung des pulverförmigen Kupfers erfolgt und eine innige, elektrisch gut leitende Ver­ bindung hoher Zugfestigkeit zu dem streifenförmigen Berylli­ umbronze-Blech hergestellt wird, welches eine Blattfeder bildet.

Gemäß Anspruch 7 wird zur guten Sinterung vorzugsweise ein streifenförmiges Berylliumbronze-Blech mit einer Zinnschicht von nur 3 bis 5 µm Dicke verwendet.

Um einen guten Formschluß und ein festes Einpressen des streifenförmigen Berylliumbronze-Blechs in dem umgebenden pulverförmigen Material des Bürstenkörpers zu erreichen, wird zumindest ein Abschnitt dieses streifenförmigen Beryllium­ bronze-Blechs vor dem Einbetten in das pulverförmige Material gelocht, aufgeschnitten, am Rand gerändelt oder gebördelt.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 11 hergestellten Bürsten, die damit eine Blattfeder aus dem Berylliumbronze-Blech aufweisen, sind Gegenstand der Ansprüche 12 bis 20. Die besonderen vorteilhaften Wirkungen dieser Bürsten ergeben sich aus der Beschreibung des Herstel­ lungsverfahrens und dessen Varianten. Im einzelnen ergibt das Verfahren gemäß Anspruch 1 eine Bürste nach Anspruch 12. Mit dem Verfahren nach Anspruch 2 wird eine Bürste mit den we­ sentlichen Merkmalen nach Anspruch 13 hergestellt. Das Ver­ fahren gemäß Anspruch 3 ergibt eine Bürste gemäß Anspruch 14. Die Verfahrensvariante gemäß Anspruch 5 führt zu einer Bürste gemäß Anspruch 15. Die gemäß den Ansprüchen 6 und 7 bei dem Herstellverfahren verwendeten streifenförmigen Berylliumbron­ ze-Bleche sind in den Bürsten gemäß Ansprüchen 16 und 17 als Blattfedern enthalten. Die zur Verwendung bei dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 8 bis 11 vorgefertigten streifenförmigen Berylliumbronze-Bleche sind in den Bürsten gemäß den Ansprü­ chen 13 bis 20 enthalten.

Claims (20)

1. Verfahren zur Herstellung einer Bürste aus einem pulver­ förmigen Werkstoff, im wesentlichen aus einem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit, der zusammen mit einem metallischen Stromableiter verpreßt und anschließend wärmebehandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromableiter ein streifenförmiges Beryllium­ bronze-Blech verwendet wird und daß die Wärmebehandlung des mit dem pulverförmigen Werkstoff verpreßten Beryl­ liumbronze-Blechs bei einer Temperatur erfolgt, bei der die Elastizität des Berylliumbronze-Blechs gesteigert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein pulverförmiger Werkstoff mit einem erheblichen Anteil auf Kohlenstoffgrundlage mit einem Thermoplast als Bindemittel verwendet wird und daß die Wärmebehand­ lung des mit diesem pulverförmigen Werkstoff verpreßten Berylliumbronze-Blechs bei einer Temperatur erfolgt, bei welcher der pulverförmige Werkstoff seine für den Ein­ satz als Kohlebürste erforderlichen elektrischen und Festigkeitseigenschaften erhält und gleichzeitig die Elastizität des Berylliumbronze-Blechs gesteigert wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel eines oder mehrere aus der Gruppe Polyphenylensulfide, Polysulfone, Polyphenylsulfone, Polyetheretherketone, Polyethylenterephathalate, Poly­ amide, Polyimide, davon abgeleitete Kopolymere oder andere bezüglich der thermischen Eigenschaften ähnliche Thermoplaste verwendet wird/werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Wärmebehandlung, mit welcher das Berylliumbronze-Blech vergütet wird und der thermoplast­ gebundene Werkstoff seine Festigkeitseigenschaften er­ hält, je nach dem ausgewählten Thermoplast und der dazu passend ausgewählten Berylliumbronze im Bereich von 280° bis 480° liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein pulverförmiger Werkstoff aus Kupfer verwendet wird, welcher zusammen mit der mit dem Werkstoff ver­ preßten Berylliumbronze-Feder bei einer Temperatur ges­ intert wird, bei der zugleich die Elastizität des Beryl­ liumbronze-Blechs gesteigert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Verwendung eines streifenförmigen Beryllium­ bronze-Blechs, welches im wesentlichen in dem Abschnitt, in dem es mit dem pulverförmigen Werkstoff aus Kupfer vor Sinterung verpreßt wird, mit einer Zinnschicht ver­ sehen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Verwendung eines streifenförmigen Beryllium­ bronze-Blechs mit einer Zinnschicht von 3 bis 5 µm Dic­ ke.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines streifenförmigen, gelochten Berylliumbronze-Blechs als Stromableiter.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein streifenförmiges, an dem in die Bürste eintau­ chenden Ende längs aufgeschnittenes und geschränktes Berylliumbronze-Blech als Stromableiter verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines am Rand gerändelten, strei­ fenförmigen Berylliumbronze-Blechs als Stromableiter.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Verwendung eines am Rand gebördelten, strei­ fenförmigen Berylliumbronze-Blechs als Stromableiter.

12. Bürste, die aus einem pulverförmigen Werkstoff im we­ sentlichen aus einem Material hoher elektrischer Leit­ fähigkeit und einem metallischen Stromableiter besteht, der zusammen mit dem pulverförmigen Werkstoff verpreßt und gesintert ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromableiter eine Blatafeder aus Beryllium­ bronze-Blech dient, welches elastizitätssteigernd ther­ misch vergütet ist.

13. Kohlebürste nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder aus Berylliumbronze-Blech zusammen mit einem pulverförmigen Werkstoff verpreßt und gesin­ tert ist, dessen leitfähiges Material auf Kohlenstoff­ basis beruht und das einen Zusatz eines Thermoplasts als Bindemittel aufweist.

14. Bürste nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bindemittel eines oder mehrere aus der Grup­ pe Polyphenylensulfide, Polysulfone, Polyphenylsulfone, Polyetheretherketone, Polyethylenterephathalate, Poly­ amide, Polyimide, davon abgeleitete Kopolymere oder andere bezüglich der thermischen Eigenschaften ähnliche Thermoplaste aufweist.

15. Bürste nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder aus Berylliumbronze-Blech zusammen mit einem pulverförmigen Werkstoff aus Kupfer verpreßt und gesintert ist.

16. Bürste nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder aus Berylliumbronze-Blech wenigstens in dem Bereich, in dem sie mit dem pulverförmigen Werk­ stoff vor der Sinterung verpreßt ist, eine Zinnschicht aufweist.

17. Kohlebürste nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Blattfeder aus Berylliumbronze-Blech mit einer Zinnschichtdicke von 3 bis 5 µm.

18. Bürste nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder aus Berylliumbronze-Blech gelocht ist.

19. Bürste nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder an dem in die Bürste eintauchenden Ende längs aufgeschnitten und geschränkt ist.

20. Bürste nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rand der Blattfeder aus Berylliumbronze-Blech gerändelt oder gebördelt ist.