DE2039743A1 - Brush for electrical machines - Google Patents

Brush for electrical machines

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DE2039743A1
DE2039743A1 DE19702039743 DE2039743A DE2039743A1 DE 2039743 A1 DE2039743 A1 DE 2039743A1 DE 19702039743 DE19702039743 DE 19702039743 DE 2039743 A DE2039743 A DE 2039743A DE 2039743 A1 DE2039743 A1 DE 2039743A1
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Germany
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electrical machines
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DE19702039743
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German (de)
Inventor
Wilkin Geoffrey Alan
Mcnab Ian Roderick
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International Research and Development Co Ltd
Original Assignee
International Research and Development Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02Details for dynamo electric machines
    • H01R39/18Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
    • H01R39/24Laminated contacts; Wire contacts, e.g. metallic brush, carbon fibres

Landscapes

  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Description

PatentanwältePatent attorneys

Dr.-Tiij. VXi helm Reichöl Dr.- T iij. VXi helmet rich oil

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!!,TLRNATIONAL RESEARCH & DEVELOPMENT COMPANY LIMITED Fossway, Newcastle upon Tyne 6, England!!, TLRNATIONAL RESEARCH & DEVELOPMENT COMPANY LIMITED Fossway, Newcastle upon Tyne 6, England

Bürste für elektrische MaschinenBrush for electrical machines

Zusatz zum Hauptpatent ......(Patentanmeldung P 19 10 906.9)Addition to the main patent ...... (patent application P 19 10 906.9)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bürste für elektrische Maschinen mit mehreren Elementen aus einem Metallmantel und einem nichtmetallischen Kern nach dem Hauptpatent ..... (Patentanmeldung P 19 10 906.9).The invention relates to a brush for electrical machines with several elements made of a metal jacket and a non-metallic core according to the main patent ..... (patent application P 19 10 906.9).

;.erkoHir;.liche Kohlenstoff-, Graphit- oder Metalldrahtbürsten sind iür außerordentlich hohe Stromdichten in der Größenordnung von; .erkoHir;. common carbon, graphite or metal wire brushes are For extraordinarily high current densities in the order of magnitude of

1GGO A/6,y cm bei einer hohen Relativgeschwindigkeit der Bürste gegenüber der Stromübertragungsfläche nicht geeignet. Insbesondere ist die Verschleißfestigkeit solcher Bürsten zu gering.1GGO A / 6, y cm is not suitable for a high relative speed of the brush in relation to the current transfer surface. In particular, the wear resistance of such brushes is too low.

::ach der US-Patentschrift 3 382 367 ist es bekannt, eine Burst© C^s einzelnen federnden Drähten herzustellen, von denen Jeder auj einem röhrenförmigen Metallmantel und einem von dem Metallmantel oder der Metallhülle umschlossenen Kern aus Graphit oder einem sonstigen Schmiermittel besteht. Das Schmiermittel liegt in gepulverter Form vor und dient dazu, ein Verschweißen der Drähte mit dem Schleifring oder einer anderen StromUbertragungsoberfläche zu verhindern und die Reibung zwischen den· sich bewegenden Teilen zu vermindern. Gleichzeitig sorgt das Schmiermittel für einen guten elektrischen Kontakt. Der röhrenförmige Metallmantel, dor A0% oder einen noch größeren Prozentsatz der Quer- :: It is known from US Pat. No. 3,382,367 to use a Burst © C ^ s to manufacture individual resilient wires, each of which including a tubular metal jacket and one of the metal jacket or the core enclosed by the metal shell consists of graphite or some other lubricant. The lubricant lies in powdered form and is used to weld the wires to the slip ring or another power transmission surface to prevent and to reduce the friction between the moving parts. At the same time, the lubricant ensures for good electrical contact. The tubular metal jacket, dor A0% or an even greater percentage of the transverse

109810/1528109810/1528

BADBATH

Schnittsfläche des Drahtes ausmacht, sorgt zum einen für die elektrische Leitfähigkeit und zum anderen für die mechanische Festigkeit des Drahtes. Wegen des großen Gesamtdurchmessers und wegen der Stärke des Metallmantels ist ein solcher Draht verhältnismäßig starr und steif und erfordert daher einen hohen Kontaktdruck, der einen hohen Verschleiß der BUrstendrähte und der Stromübertragungsoberfläche zur Folge hat. Da eine Bürste von einer verhältnismäßig geringen Anzahl von Drähten gebildet wird, tritt ferner beim Fehlen eines hinreichend guten Kontakts zwischen nur einem oder zwei Drähten und der Stromübertragungsoberfläche bereits eine merkbare Unregelmäßigkeit der BürstenstromUbertragungsfähigkeit auf.Makes up the cut surface of the wire, ensures on the one hand the electrical conductivity and on the other hand for the mechanical strength of the wire. Because of the large overall diameter and because of the strength of the metal jacket, such a wire is relatively rigid and stiff and therefore requires a high contact pressure, which results in high wear on the brush wires and the current transmission surface. Furthermore, since a brush is formed by a relatively small number of wires, a noticeable irregularity in the brush current transmission capacity occurs in the absence of a sufficiently good contact between only one or two wires and the current transmission surface.

Nach dem Hauptpatent (Patentanmeldung P 19 10 906.9) wurden bereits Graphit- oder Kohlenstoffaserbürsten vorgeschlagen, bei denen zum Erhöhen der Verschleißfestigkeit jede einzelne Faser einen metallischen Überzug aufweist. Im Gegensatz zu den Erwartungen hat es sich gezeigt, daß der Hauptanteil des Stroms durch den Metallüberzug und nur ein geringer Stromanteil durch die Kohlenstoffäden fließt, wenn der metallische Überzug die Gesamtlänge jeder Faser bedeckt. Anstelle von Kohlenstoff- oder Graphitfäden kann man daher zum Unterstützen des metallischen Überzugs andere Fasern oder Fäden benutzen, ohne daß darunter die hohe Stromübertragungsfähigkeit merklich leidet und die gute Verschleißfestigkeit der Bürsten abnimmt.According to the main patent (patent application P 19 10 906.9) graphite or carbon fiber brushes have already been proposed in which each individual fiber has a metallic coating to increase wear resistance. Contrary to expectations it has been shown that the majority of the current through the metal coating and only a small proportion of the current through the Carbon threads flow when the metallic coating is the entire length every fiber covered. Instead of carbon or graphite threads, you can therefore support the metallic coating use other fibers or threads without noticeably impairing the high current transmission capacity and the good wear resistance the brushing decreases.

Die eingangs beschriebene Bürste ist daher nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der nichtmetallische Kern eine hitzebeständige, nicht aus Kohlenstoff oder Graphit hergestellte Faser ist und daß der Metallmantel ein auf der Oberfläche der Faser niedergeschlagener Metallfilm ist.The brush described at the beginning is therefore characterized according to the invention in that the non-metallic core has a heat-resistant, fiber is not made of carbon or graphite and that the metal cladding is a on the surface of the fiber deposited metal film is.

Bei einer solchen, nach der Erfindung aufgebauten Bürste werden die mechanischen Eigenschaften der einzelnen BUrstenelemente von den nichtmetallischen Fasern oder Fäden bestimmt, die eine hohe Festigkeit und Flexibilität aufweisen und zudem einen sehr geringen Durchmesser haben. Der benötigte Kontaktdruck ist daher sehrWith such a brush constructed according to the invention the mechanical properties of the individual brush elements are determined by the non-metallic fibers or threads, which have a high Have strength and flexibility and also very little Have diameter. The contact pressure required is therefore very high

109810/1525109810/1525

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gering, so da0 der Verschleiß an den Bürsten und der Stromübertragungsoberfläche vermindert wird. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Bürste eine größere Anzahl von Bürstenelementen in einer vorgegebenen Fläche aufweisen, so daß trotz Veränderungen in der Kontaktgabe der einzelnen Elemente mit der Stromübertragungsoberfläche die Gesamtstromübertragungsfahigkeit nicht beeinträchtigt wird, also gleich bleibt.low, so there is wear and tear on the brushes and the current transmission surface is decreased. Furthermore, the inventive Brush have a larger number of brush elements in a given area, so that despite changes in the contact of the individual elements with the current transmission surface the overall power transmission capability is not impaired becomes, so remains the same.

Eine bevorzugte Ausftihrungsform der Erfindung wird an Hand von Figuren beschrieben.A preferred embodiment of the invention is based on Figures described.

Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine nach der Erfindung ausgebildete Bürste, die auf. einem sich bewegenden Leiter schleift. ■ · -Fig. 1 is a cross section through one formed in accordance with the invention Brush that on. dragging a moving ladder. ■ · -

Fig. 2 zeigt ein Einzelelement der in Fig. 1 dargestellten Bürste,Fig. 2 shows an individual element of the brush shown in Fig. 1,

Die in Fig. 1 dargestellte Bürste 1 schleift zwecks Stromübertragung auf der Oberfläche 2 eines elektrischen Leiters 3. Bei dem Leiter 3 kann es sich beispielsweise um einen Schleifring oder den Kommutator einer Dynamomaschine handeln. Der Leiter 3 kann aber auch ein« ununterbrochene Stromschiene für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug sein*The brush 1 shown in Fig. 1 grinds for the purpose of power transmission on the surface 2 of an electrical conductor 3. In the Conductor 3 can be, for example, a slip ring or the commutator of a dynamo machine. The head 3 can but also an «uninterrupted power rail for an electrically powered vehicle *

Die Bürste 1 enthält mehrere Bürstenelemente 4, die sich im wesentlichen längs ihrer gesamten Länge berühren und von einem Metallgehäuse 5 zusammengehalten werden. Ein aus elektrisch·.leitendem Material hergestelltes Geflecht 6 verbindet die Bürste mit einer Anschlußklemme oder Wicklung der Maschine. Wie es aus Fig. 2 hervorgeht, besteht jedes der Bürstenelemente 4 aus einer nichtmetallischen hitzebeständigen Faser 7, die einen metallischen Überzug 8 aufweist. Der Durchmesser jeder Faser ist kleiner als 12 · 10 la, und die Stärke des metallischen Überzugs be-'trägt vorzugsweise 0,75 * 10"" m, jedoch im allgemeinen niemals mehr als ein Zehntel des Durchmessers der Faser»The brush 1 contains several brush elements 4, which are essentially touch along their entire length and are held together by a metal housing 5. One from electrically · .conductive Material made braid 6 connects the brush to a terminal or winding of the machine. How it looks Fig. 2 shows, each of the brush elements 4 consists of a non-metallic heat-resistant fiber 7, which is a metallic Has coating 8. The diameter of each fiber is less than 12 x 10 l, and the thickness of the metallic coating is important preferably 0.75 * 10 "" m, but generally never more than a tenth of the diameter of the fiber »

1098 10/1526 bad original1098 10/1526 bad original

Die Fasern oder Fäden können aus Bornitrid oder einem hitzebeständigen Oxid hergestellt sein, beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Tonerde. Aus diesen Materialien können, zusammenhängende Fäden oder Fasern hoher Festigkeit gebildet v/erden. Hierzu kann man Verfahren anwenden, die den Verfahren zum Herstellen von Graphit- oder Kohlenstoffäden ähnlich sind und die in einem Aufsatz in der Zeitschrift "The Engineer", Band 221, Seite 815, vom 27. Mai 1966, unter dem Titel "High strength, high modulus, carbon fibres", von W. West, L.N. Philips und V/. Johnston sowie in der britischen Patentschrift 1 110 791 beschrieben sind. Glasfasern können ebenfalls für die erfindungsgemäßen Zwecke verv/endet werden.The fibers or filaments can be made of boron nitride or a heat-resistant one Oxide be made, for example from aluminum oxide or clay. From these materials can, interrelated Threads or fibers of high strength are formed. For this one can apply methods that the method for producing of graphite or carbon filaments and which are described in an article in "The Engineer", Volume 221, Page 815, dated May 27, 1966, entitled "High strength, high modulus, carbon fibers", by W. West, L.N. Philips and V /. Johnston and British Patent 1,110,791. Glass fibers can also be used for the invention Purposes.

Der dünne Metallfilm kann durch Galvanisieren oder Abscheiden im Vakuum aufgebracht werden. Der Film kann aus irgendeinem Metall mit guter elektrischer Leitfähigkeit bestehen, beispielsweise aus Silber oder einer Legierung mit einem Edelmetall, beispielsweise Silber mit einem anderen Metall, beispielsweise Kupfer.The thin metal film can be applied by electroplating or vacuum deposition. The film can be any Consist of metal with good electrical conductivity, for example silver or an alloy with a noble metal, for example silver with another metal, for example copper.

Die nach der Erfindung aufgebauten Bürsten kann man für Stromdichten in der Größenordnung von 1000 A/6,5 cm benutzen, wobei die Relativbewegung zwischen der Bürste und der Stromübertragungsoberfläche 5400m/min betragen kann. Dabei beträgt derThe brushes constructed according to the invention can be used for current densities on the order of 1000 A / 6.5 cm, with the relative movement between the brush and the current transfer surface 5400m / min. The

»Bürstenverschleiß nur 1 cm bei einer Bürstenschleifstrecke von 12
10 cm. Der Verschleiß der Stromübertragungsoberfläche bewegt sich in der gleichen Größenordnung und beträgt weniger als
»Brush wear only 1 cm with a brush grinding distance of 12
10 centimeters. The wear of the current transmission surface moves in the same order of magnitude and is less than

10 1 mm bei einer Relativbewegung von 3 * 10 cm zwischen dei Bürste und der Stromübertragungsoberfläche.10 1 mm with a relative movement of 3 * 10 cm between the Brush and the power transmission surface.

BAD ORIQHNAL 109810/1525BAD ORIQHNAL 109810/1525

Claims (1)

PatentanspruchClaim Bürste für elektrische Maschinen mit mehreren Elementen aus einem Metallmantel und einem nichtmetallischen Kern nach demBrush for electrical machines with multiple elements a metal jacket and a non-metallic core according to the Hauptpatent (Patentanmeldung P 19 10 906.9),Main patent (patent application P 19 10 906.9), dadurch gekennzeichnet, da3 der nichtmetallische Kern eine hitzebeständige, nicht aus Kohlenstoff oder Graphit hergestellte Faser ist und daß der Metallmantel ein auf der Oberfläche der Faser niedergeschlagener Metallfilm ist.characterized in that the non-metallic core is a heat-resistant one Carbon or graphite made fiber and that the Metal jacket is a metal film deposited on the surface of the fiber. BAD 100B 10/ 152SBATH 100B 10 / 152S LeerseiteBlank page
DE19702039743 1969-08-14 1970-08-11 Brush for electrical machines Pending DE2039743A1 (en)

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