DE2309834A1 - Verfahren zur herstellung von kohlebuersten fuer elektrische maschinen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von kohlebuersten fuer elektrische maschinen

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DE2309834A1
DE2309834A1 DE19732309834 DE2309834A DE2309834A1 DE 2309834 A1 DE2309834 A1 DE 2309834A1 DE 19732309834 DE19732309834 DE 19732309834 DE 2309834 A DE2309834 A DE 2309834A DE 2309834 A1 DE2309834 A1 DE 2309834A1
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carbon
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DE19732309834
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Walter Dr Holl
Martin Scholpp
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/18—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
    • H01R39/20—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush characterised by the material thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/04—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of carbon-silicon compounds, carbon or silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/12—Manufacture of brushes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

7309834
R. |i ξί
21.2.1973 Pf/Kb
Anlage zur
Patentanmeldung
ROBERT BOSCH GM>3H, 7 Stuttgart 1
Verfahren zur Herstellung von Kohlebürsten für elektrische Maschinen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kohlebürsten, die aus einem Gemisch von Kohlenstoff, Bindemittel sowie gegebenenfalls Metallpulver hergestellt werden, für
elektrische Maschinen.
.το
oo Kohlebürsten v/erden in besonders wirtschaftlicher Vie is e ω dadurch hergestellt, daß die Bestandteile - Graphit, Koks, cn
-». Metallpulver, Bindemittel -im gewünschten Verhältnis gemischt,
κ,) das Pulver oder Granulat im Gesenk auf die endgültige Form
J^ verdichtet und anschließend durch eine geeignete Wärmebehandlung die Bindung zwischen den Bestandteilen einschließlich der Aushärtung oder Verkokung des Bindemittels herbeigeführt wird. Es ist vorteilhaft, wenn die Verdichtung im Gesenk bei Raumtemperatur vorgenommen und das elektrische -2-
Anschlußkabel gleich mit eingepreßt werden kann.
An das Bindemittel sind dabei folgende Forderungen zu !stellen:
1. Bei Raumtemperatur soll es im pulverförmigen Zustand mit guter Rieselfähigkeit vorliegen.
2. Oberhalb eines definiercen und genügend hoch liegenden Schmelzpunktes soll es rasch erweichen und dann eine möglichst niedere Viskosität aufweisen.
3. Im geschmolzenen Zustand soll es den Kohlenstoff sowie das Metallpulver sehr gut benetzen was zu einer hohen mechanischen Festigkeit bei einem geringen erforderlichen Bindemittelgehalt führt.
Ί. Es soll eine einfache Vernetzbarkeit durch Wärmebehandlung an Luft aufweisen.
5. Es soll ein günstiges Verschleißverhalten der Kohlebürste durch Unterstützung der Patinabildung auf dem Kollektor oder Schleifring der verwendeten Maschine fördern.
Es sollten alle fünf genannten Forderungen möglichst weitgehend erfüllt sein, wobei das Hauptgewicht auf den Punkten zwei, drei und fünf liegt.
Die bisher verwendeten Bindemittel Pech, Phenolharze sowie Blei erfüllen nicht alle der genannten Forderungen gleichzeitig. Daher sind zur Erzielung ausreichender mechanischer Festigkeit verhältnismäßig große Bindemittel-Anteile erforderlich, wodurch die elektrische und thermische Leitfähigkeit ungünstig beeinflußt werden. Die Herstellung metallfreier Kohlebürsten ist daher auf diese Weise nur mit geringer Qualität möglich, da diese Kohlen nicht mit ausreichender mechanischer Festigkeit zu erhalten sind. Hier ist es notwendig, zu den wesentlich
— t,— 409835/0215
teureren Plattenkohlen überzusehen, die durch Verkokung und Graphitierung von Platten und anschließendes Herausarbeiten des gewünschten Bürstenformates sowie anschließendem Einlöten des Zuleitungskabels entstehen. Diese Technologie ist wesentlich teurer als die des Pressens eines Pulvers auf die endgültige
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein wirtschaftliches Verfahren anzugeben, das es gestattet, Kohlebürsten, vor allem auch metallfreie Kohlebürsten, herzustellen, die in ihren Eigenschaften den bisher bekannten, insbesondere den aus Plattenkohlen hergestellten nicht nachstehen oder diese sogar übertreffen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ausgangsmischung ein Bindemittel aus der Gruppe der einbindig aromatischen Polymeren, das sind Polymere, bei denen aromatische Kerne durch eine C-C-Bindung oder durch ein Heteroatom oder eine Heteroatongruppierung unmittelbar miteinander verknüpft sind, enthält.
Diese Stoffgruppe ist in E. Behr, Hochtemperaturbeständige Kunststoffe, München 1969, Seite 47 ff. näher beschrieben.
Die genannte Gruppe erfüllt die oben aufgezählten Forderungen weitgehend: Sie sind bei Raumtemperatur gut rieselfähig; der Schmelzpunkt liegt genügend hoch; sie benetzen aufgrund ihres aromatischen Verhaltens den Kohlenstoff sehr gut; sie sind im allgemeinen leicht vernetzbar.
Eine Vorzugsstellung nehmen die Polyarylsulfide der allgemeinen Formel
... Ar-S-Ar-S-Ar ...
ein, wobei Ar ein aromatisches Ringsystem darstellt, dessen Η-Atome teilweise durch Alkyl-Reste ersetzt sein können.
409835/Ü215 ~**~
Unter den zu dieser Gruppe von Verbindungen gehörenden Stoffen hat sich das Polyphenylensulfid, das unter dem Handelsnamen Ryton der Phillipe Petroleum Co. im Handel erhältlich ist, besonders bewährt. Dieses Polyphenylensulfid hat folgende Formel:
Die genannten Bindemittel sind in einer Menge von 0.5 bis 50 Gewichtsteilen, insbesondere von 3 bis 10 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile Kohlenstoff in der Ausgangsmischung enthalten.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Beispiels näher erläutert v/erden. 100 Gewichtsteile Naturgraphit werden mit 10 Gewichtsteilen Polyphenylensulfid in fein gemahlener Form gründlich gemischt und in einem Preßgesenk, dessen innere Form der herzustellenden Bürste entspricht, bei einem Druck von *l t/cm gepreßt. Nach dem Entfernen des Preßlings aus dem Preßgesenk wird der Preßling ca. 1 Stunde lang bei einer Temperatur von etwa 35O°C unter Schutzgas, z.B. Stickstoff oder Stadtgas, einem Gemisch, das im wesentlichen aus Viasserstoff, Methan und Kohlenmonoxid besteht, gesintert. Nach dem Abkühlen liegt die fertige Kohlebürste vor. Statt der 100 Gewichtsteile Naturgraphit können auch k2 Gewichtsteile Naturgraphit und 55 Gewichtsteile pulverförmigen Kupfers eingesetzt werden, so daß man nicht eine metallfreie Kohlebürste sondern eine solche mit einem entsprechenden Kupfergehalt bekommt. Die Herstellungsbedingungen sind die gleichen, wie sie oben beschrieben wurden.
In der folgenden Tabelle sind die Eigenschaften der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kohlebürste den Eigenschaften einer kupferhaltigen Bürste, die ohne Bindemittel hergestellt wurde sowie einer aus einer
409835/U215
— cc -·
Schwarzkohle-Platte herausgearbeiteten Kohlebürste gegenübergestellt.
Vergleich der Eigenschaften einer Cu-haltigen, herkömmlichen Kohlebürste, einer erfindungsgemäß hergestellten, metallfreien Kohlebürste und einer aus einer Platte
herausgearbeiteten, metallfreien Kohlebürste
Typ Cu-haltige Naturgraphit Naturgraphit aus
Bürste m. Polyphonylen- Platten
sulfid 3ÜOO-6OOO
Herstell- im Gesenk i. Gesenk ge
Verfahren gepreßt preßt 60-80
spez.el.Wider 100-1000 I8OO-3OOO
stand ( cm)
Härte (HRc 10/140) 50-70 60-70 9-25
Bruchlast (kp) 2000
(n.PVA 67^2 1,0-2,0
u.10 mm LA) 15-25 30-i}0
Leb.Dauer (Std.) 1600 23OO
Spannungsabfall
(V)		 0,2-0,^ 0,2-0,3
Die Vergleiche zeigen, daß die im Prinzip unter gleichen Herstellbedingungen gefertigten Schwarzkohlen mit Polypheny lensulfid gegenüber den kupferhaltigen in der
Festigkeit mindestens gleichwertig und in der Lebensdauer deutlich überlegen sind. Ein besonderer Vorteil ist noch
-6-
409835/U215
darin zu sehen, daß trotz des höheren spezifischen elektrischen Widerstandes der erfindungsgemäß hergestellten Kohle der absolute Spannungsabfall in der gleichen Größenordnung liegt wie bei der kupferhaltigen Bürste. Dies deutet auf ausgezeichnete Patinabildung mit guter Stabilisierung derselben hin und erklärt die guten Laufeigenschaften. - Gegenüber der aus Platten herausgearbeiteten Kohlebürste, deren Herstellungsverfahren j wie oben bereits erwähnt, verhältnismäßig aufwendig ist, liegt der Vorteil der erfindungsgemäß hergestellten Kohlen vor allein, darin, daß der Herstellungspreis der zuletzt genannten nur etwa die Hälfte des Preises der aus den Platten herausgearbeiteten Kohlebürsten beträgt.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren gestattet es, außerordentlich preisgünstige Kohlebürsten herzustellen, die in ihren .'Eigenschaften den herkömmlichen Bürsten durchaus ebenbürtig sind oder die Eigenschaften der herkömmlichen Bürsten sogar noch übertreffen.
-7-
409835/U21 5

Claims (3)

  1. Ansprüche
    (1.)Verfahren zur Herstellung von Kohlebürsten, die aus einem Gemisch von Kohlenstoff, Bindemittel sowie gegebenenfalls Metallpulver hergestellt werden, für elektrische Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsmischung ein Bindemittel aus der Gruppe der einbindig aromatischen Polymeren, das sind Polymere, bei denen aromatische Kerne durch eine C-C-Bindung oder durch ein Heteroatom oder eine Heteroaton-Gruppierung unmittelbar miteinander verknüpft sind, enthält.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsmischung als Bindemittel ein Polyarylsulfid der allgemeinen Formel
    ...Ar-S-Ar-S-Ar ...
    enthält, wobei Ar ein aromatisches Ringsystem darstellt, dessen il-Atome teilweise durch Alkyl-Heste ersetzt seinkönnen.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsmischung als Bindemittel Polyphenylensulfid enthält.
    1J. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsmischung 0.5 bis 5ü Gewichtsteile, insbesondere 3 bis 10 Gewichtsteile Bindemittel auf 100 Gewichtsteile Kohle enthält. ^
    409835/0215 ^
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