DE2316115A1 - Buersten fuer elektrische maschinen - Google Patents
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Description
DR. MÜLLER-BORE DIf-L-PHYS. Drt. MANI7Z DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL
DIPL.-lNG. Fl N STERWALO DlPL.-'NG. GRAMKOW
PATENTANWÄLTE
München, den 30. März 1973 Lo/Sv - N 1118
NAtDIONAL EESEARCH DEVELOPMENT COBPORAiDION
66-74 Victoria Street, London SW1,England
Bürsten für elektrische Maschinen
Priorität: Großbritannien vom 30- März 1972, No. 15085/72
Die Erfindung betrifft Bürsten für elektrische Maschinen,
sogenannte Elektrobürsten.
Elektrobürsten werden eingesetzt, um Strom zwischen Leitern
und leitenden Oberflächen wie Kommutatoren oder Gleitringen, welche sich relativ hierzu bewegen, durchzuschicken. Das für
solche Bürsten normalerweise verwendete Material ist Kohle. Eine in neuerer Zeit vorgeschlagene J1Orm einer Kohlebürste
ist eine Bürste, bei welcher die Kohle in Jfadenform vor-Ii
egt.
309841/0480
Aufgabe der Erfindung ist es, ein "Verfahren zur Herstellung
solcher Kohlefädenbürsten, zu schaffen. . , . .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe Λ.
und zur Herstellung einer Bürste für elektrische Masehinen,-umfaßt
folgende Schritte: Ausbildung eines Blockes einer ausgerichteten Anordnung von Kohlefaden, welche in einer
Matrix aus leitfähigem Material eingebettet sind, anschließendes Entfernen des leitfähigen Materials längs
lediglich eines Teiles der Länge des Blockes, um die Kohlefäden an einem Ende freizulegen, {jedoch die restlichen Teile
der Fäden in der Matrix des leitfähigen Materials befestigt
zu halten, um eine Verbindung zu. einem Leiter
oder Konduktor zu. ermöglichen. -
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann
der Kohlefädenblock hergestellt werden, indem zuerst die Kohlefaden mit einem geeigneten Metall überzogen werden
und dann die überzogenen Fäden unter Erhitzen zusammengepreßt werden, so daß die überzüge der einzelnen Fäden miteinander
verschweißt bzw. verlötet werden.
Der Metallüberzug kann nach einem Plattierungsverfahren
aufgetragen werden. Alternativ kann der Block gebildet
werden, indem die Kohlefaden mit einem geeigneten Metall in flüssiger Form benetzt und dann die benetzten,Kohlefäden
zusammengepreßt und zur Verfestigung des Metalls abgekühlt werden.
Geeignete Metalle für die Verwendung bei dem Beschichtungsprozeß
sind Kupfer und Zinn.
Der Kohlefädenblock kann mit einer beliebigen Länge hergestellt werden, welche zur Herstellung geeignet ist, und
der Block kann dann auf Einzellängen geschnitten werden, welche für die Länge einer Kohlefädenbürste geeignet sind.
308041/0466
Ein geeigneter Radius kann durch Bearbeitung des einen Endes einer jeden Einzellänge des Kohlenfadenblocks vor der Entfernung
des Plattierungsmaterials hergestellt werden, um den Kontakt mit einem Kommutator bei dem Einbau der Bürste in
einer elektrischen Maschine zu verbessern.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert.
Kohlefaden, welche als sogenannter Typ II bekannt sind und einen relativ niedrigen Young-Modul in der Größenordnung von
Kohlefaden, welche als sogenannter Typ II bekannt sind und einen relativ niedrigen Young-Modul in der Größenordnung von
6 ? 6
2,11 x 10 kg/cm (30 χ 10 psi) und eine relativ hohe Zugfestigkeit
in der Größenordnung von 0,0281 bis 0,0316 χ 10 kg/
cm (0.4 bis 0.45 x 10 psi) besitzen, werden in einem Cyanidbad
plattiert. Die verwendete Lösung ist als Rochelle-Kupfercyanidbad
bekannt. Eine geeignete Zusammensetzung dieses Bades
ist wie folgt:
Kupfercyanid 29,9 g/l (4,8 oz/gal)
Natriumcyanid 37,4 g/l (6 oz/gal)
freies Cyanid 3,12 bis 6,23 g/l (0,5-1 oz/gal) Eochelle-Salz 49,8 g/l (8 oz/gal)
Natriumcarbonat 37,4 g/l (6 oz/gal)
Wenn das Plattierungsbad bei Zimmertemperatur betrieben wird, beträgt eine geeignete Stromdichte für den durch das Bad ge-
schickten Strom etwa 10 mA/cm . Gegebenenfalls kann das Plattie-
o kann
rungsbad auf etwa 50 0 erwärmt werden, in diesem Fall /eine
niedrigere Stromdichte zur Erzielung eines noch gleichmäßigeren
Überzuges bzw. einer noch gleichmäßigeren Beschichtung angewandt werden. Bei dem Plattierungsvorgang wird eine beträchtliche
Menge Gas freigesetzt, welche die Trennung der Fäden voneinander unterstützt und eine gute Eindringung der
Kupferplattierung sicherstellt.
309841 /048G
Falls der Faden Ms zu einer Tiefe "beschichtet -werden soll,
welche geringer als die Stärke der Fäden ist typischerweise
für Fäden mit einem Durchmesser von 8 Mikron, kann das Plattieren bis zu einer Tiefe von 1 bis 3 Mikron durchgeführt
werden.
Nachdem die Kohlefaden plattiert sind, können sie dann zu
einem Block verformt werden. Die Gestalt des geformten Blockes kann die einer relativ flachen, rechteckigen Platte mit einer
solchen Stärke sein, welche der gewünschten Stärke einer Bürste entspricht, und eine Länge (in der Richtung der Anordnung der
Kohlefäden in dem Block) besitzen, welche das Mehrfache der gewünschten Länge einer Einzelbürste ist. Die Breite der
Platte kann diejenige einer ISinzelbürste sein, es ist jedoch
vorteilhafter als Breite das Mehrfache der gewünschten Breite einer Bürste zu nehmen.
Das Formen wird dadurch erreicht, daß eine ausreichend hohe
Temperatur und ein ausreichend hoher Druck auf die plattierten Fäden angelegt werden, während diese in einer Form gepackt
sind, um das Kupfer zu sintern. Geeignete Temperaturen
liegen im Bereich von 700 bis 9000G und geeignete Drucke betragen
etwa 79 bis 157 kg/cm (0,5 ^is 1 ton per square inch).
Gegebenenfalls kann der Formpressvorgang in einem Yakuum oder
einer Inertatmosphäre durchgeführt werden* Für diesen Zweck
kann Argon verwendet werden. Die Zeitspanne, während welcher Wärme und Druck angelegt werden, hängt von der Größe des
Blockes ab und sollte ausreichend sein? um eine vollständige
Durchdringung der Wärme durch den Block xvährend der Zeitspanne
sicherzustellen, zu der Druck angelegt ist.
Uach der Formung des Blockes in der zuvor beschriebenen Weise
wird/dann längs seiner Breite in eine Vielzahl von Streifen geschnitten, wovon jeder.eine Länge (in der Abmessung parallel
zu der Anordnung der Kohlefaden) besitzt, die der!gewünschten
309841/0480
Länge der Bürste entspricht. Jeder Streifen besitzt eine Breite (d.h. die Abmessung im rechten Winkel zu der Anordnung
der Fäden), welche entweder gleich der Breite einer Einzelbürste oder das Mehrfache der Breite einer Einzelbürste
ist. In dieser Stufe kann eine Seite eines jeden Streifens längs seiner Breite bearbeitet werden, um dem
einen Ende einer jeden Bürste einen geeigneten Radius zu erteilen, welcher dem Eadius eines Kommutators entspricht,
der mit der Bürste nach ihrem Einbau in eine elektrische Maschine in Eontakt kommt.
Schließlich wird die Plattierung rings um die Einzelfäden längs der bearbeiteten Oberfläche lediglich für einen Seil
der Länge eines jeden Streifens entfernt, um die einzelnen Kohlefaden freizulegen.
Die Methode zur Entfernung sollte so ausgewählt werden, daß die Kohlefaden nicht übermäßig geschwächt werden. Eine geeignete
Methode besteht darin, die Streifen in eine verdünnte
Lösung von Salpetersäure oder Schwefelsäure mit einer Konzentration von etwa 25-30 VoIEinzutauchen. Palis
Schwefelsäure verwendet wird, kann deren Konzentration etwas
höher als bei Salpetersäure liegen.
Die Entfernungen der Plattierung von dem Seil der in die
Lösung eingetauchten Streifen kann durch eine umgekehrte Elektrolyse unter Verwendung der Streifen als Anoden beschleunigt
werden.
Um die Passivierung als iOlge der Ausbildung von Gasfilmen
zu vermeiden, sollte der Elektrolyt gut gerührt werden, und der Elektrolyt kann unter Druck gehalten werden, um ein Eindringen
der Flüssigkeit zwischen die Fäden während des Entplattierens sicherzustellen.
309841/0480
Schließlich können die Streifen, wo das entplattierte
Material in Form von Streifen vorliegt, parallel zu den Kohlefaden geschnitten werden, um einzelne Elektrobürsten herzustellen.
Material in Form von Streifen vorliegt, parallel zu den Kohlefaden geschnitten werden, um einzelne Elektrobürsten herzustellen.
Das Verfahren wurde mit Bezug auf Kohlefaden vom !Typ II
"beschriet)en. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß auch
andere Kohlefaden, z.B. solche vom Typ I verwendet werden können, wobei die natürliche Federelastizität der
!Fäden zur Erzielung eines konstanten Druckes-ausgenutzt werden kann.
!Fäden zur Erzielung eines konstanten Druckes-ausgenutzt werden kann.
- Patentansprüche
309841/0A80
Claims (12)
- PatentansprücheM.) Verfahren zur Herst ellung einer Bürste für elektrische Maschinen aus einer ausgerichteten Anordnung von Kohlefäden, dadurch gekennz ei chnet, daß die laden mit einem leitfähigen Material beschichtet und zu einem Block fest verbunden werden, dann das leitfähige Material längs lediglich eines Teils der Länge des Blockes zur Ireilegung der einzelnen Kohlefäden an einem Ende entfernt wird, wobei die restlichen CDeile der Längen der laden in der Matrix zur Ermöglichung der Verbindung zu einem Konduktor bzw. Leiter fest eingebunden bleiben.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bb ck eine Länge besitzt, welche ein Mehrfaches der gewünschten Länge der Einzelbürste beträgt und . auf der gewünschten Länge einer Bürste entsprechende Einzellängen vor der Entfernung des leitfähigen Materials geschnitten wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Block in Gestalt einer Platte mit rechteckigem Querschnitt geformt wird, welche eine Länge und eine Breite besitzt, die ein Vielfaches der gewünschten Länge und Breite einer Elektrobürste sind, und der Block zunächst längs seiner Breite in Streifen geschnitten wird, wovon jeder eine der gewünschten Länge einer Bürste entsprechende Länge besitzt, und nach der Entfernung des leitfähigen Materials von einer Kante eines jeden Streifens diese Streifen dann längs ihren Längen unter Herstellung von Einzelbürsten geschnitten werden.309841/0480
- 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g ek ennz ei cn η e t, daß die Stärke, des Blocks aus Kohlefäden der gewünschten Stärke einer El ekt ro "bürste entspricht.
- 5· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz ei chnet, daß der Kohlefädenblöck gebildet wird, indem die Kohlefäden mit einem geeigneten Metall überzogen und dann die überzogenen Fäden unter Erhitzen und Verschweißen bzw. Verlöten der Überzüge der Einzelfäden miteinander zusammengepreßt werden.'
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennz ei chnet, daß der Metallüberzug mittels eines Elektroplattiervorganges aufgebracht wird.
- 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Material Kupfer oder Zinn enthält.
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennz ei chnet, daß der Block durch Benetzen der Kohlefäden mit einem geeigneten Metall in flüssiger Form, Zusammenpressen der henetzten Kohlefäden und anschließendes Abkühlen zur Verfestigung des Metalls gebildet wird.
- 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz ei chnet, daß an einem Ende einer jeden Länge oder jedes Streifens des Kohleblocks vor der Entfernung des leitfähigen Materials von diesem Ende ein Radius oder Radien zur Verbesserung des Kontaktes mit einem Kommutator gebildet werden.30984 1 /0480
- 10. Bürste für elektrische Maschinen, welche eine ausgerichtete Anordnung von Kohlefaden umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlefaden in einer Matrix aus leitfähigem Material über einen Teil ihrer Längen eingebettet, jedoch über den restlichen Teil ihrer Längen freiliegend sind.
- 11. Bürste nach Anspruch 10, dadurch g ekennz ei ohne t, daß das leitfähige Material Kupfer oder Zinn umfaßt.
- 12. Bürste nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ende der Bürste, an welchem die Kohlefaden freiliegen, ein Radius gebildet ist.309841/0480
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