DE2405910C2

DE2405910C2 - Elektrisch hoch belastbares geklebtes Kohleschleifstück für Stromabnehmer

Info

Publication number: DE2405910C2
Application number: DE19742405910
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Hoffmann and Co Elektrokohle AG
Current assignee: Hoffmann and Co Elektrokohle AG
Priority date: 1973-02-07
Filing date: 1974-02-07
Publication date: 1982-07-22
Also published as: AT322629B; DE2405910A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Kohleschleifstück gemäß dem Oberbegriff des Ansps uchs 1.

Derartige Schleif stückbeiesiigungen sind einerseits mit eingebetteten Metallpulvern u..d andererseits mit eingelagertem Metaligitter in der Klebschicht bekannt (vgl. DE-AS 12 57 825 und DE-AS 10 73 055). In allen Fällen hat sich im praktischen Betrieb erwiesen, daß die elektrische Belastbarkeit obere Grenzen hat, die nicht überschritten werden können, ohne daß Schäden auftreten. Der relativ hohe Widerstand eines solchen geklebten Schleifstücks führt dazu, daß durch die elektrische Erwärmung die Klebschicht beschädigt bzw. zerstört wird. Diese Tatsache kann auch durch mechanische Hilfsmittel, wie z. B. die Anbringung von Nieten, nicht ausgeschaltet werden. Schließlich sind auch der Erhöhung der metallischen Beimengungen Grenzen gesetzt, durch die erforderliche mechanische Festigkeit der Klebung die bei steigendem Füllungsgrad stark herabgesetzt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Kohleschleifstück der genannten Art eine wesentliche Erhöhung der Strombelastbarkeit ohne Beeinträchtigung oder sogar unter gleichzeitiger Verbesserung der mechanischen Belastbarkeit zu erzielen.

ErfindungsgemäB wird diese Aufgabe durch die im Anspruch I gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Es wurde festgestellt, daß durch die anmeldungsgemäß verwendeten Überzüge die Stromübertragungsverluste zwischen der Einlagerung und dem jeweiligen Körper im starken Maße verringert werden und eine unerwartet große Herabsetzung der Erwärmung eintritt. Dies ist nicht auf eine Verminderung der Übergangsspannung aufgrund der physikalischen Eigenschaften zurückzuführen, sondern auch eine Folge der Vergrößerung der Kontaktflächen. Außerdem ergeben sich aber noch Vorteile in mechanischer Hinsicht, weil die Verbindung zwischen Einlagerung und Überzug durch das Eindrücken der Einlagerungen in letzteren bei der Herstellung unter Anpreßdruck auch gegen seitliche Kräfte widerstandsfähig ist Damit ergibt sich eine weit höhere Strombelastbarkeit als bei den bekannten Schleifstücken.

Ganz besonders treten die Vorteile der Erfindung bei der Verbindung zum Kohlekörper auf. Bei der Herstellung eines geklebten Schleifstückes unter Verwendung einer nicht metallisierten Kohle unc einem ίο durch Metalleinlagen leitend gemachten Kleber (vgl. DE-AS 12 57 825) muß der Stromübergang durch die Grenzfläche Kohle-Metall erzwungen werden. Bei Verwendung eines Kohlekörpers mit einem metallischen Überzug wie vorgeschlagen hat man für den Stromübergang in der KJebschicht eine günstigere Werkstoffpaarung Metall-Metall mit einem niedrigeren Widerstand. Zusätzlich ist es auch noch vorteilhaft, daß durch die auf der Kohle aufgebrachte Metallhaut mit einer gegenüber der Kohle wesentlich größeren Wärmeleitfähigkeit die elektrische Verlustwärme aus den einzelnen Kontaktstellen besser abgeleitet wird

Es ist bekannt, zur Verbesserung des Kontaktes zwischen einem Kohlekörper und einem angepreßten Metallstück ersteren mit einem Metallüberzug zu versehen; ebenso ist die Verkupferung von Kohlefabrikaten bei Anbringung einer Lötverbindung erforderlich. Es geht weiter aus dar DE-PS 7 37 851 hervor, daß bei unmittelbarer Befestigung eines Metallkörpers auf einem Kohlekörper an der Trennschicht ein verhältnismäßig großer Widerstand vorhanden ist, der durch besondere Maßnahmen herabgedrückt werden muß. Im anmeldungsgemäßen Fall liegt aber ein ganz anders geartetes Problem vor, nämlich die Verbindung einer Kunstharzklebschicht mit leitenden Einlagen mit einem Metallkörper (-träger) oder mit einem Kohlekörper in elektrischer Hinsicht unter Berücksichtigung der thermischen und mechanischen Belastbarkeit zu verbessern. Es ist ferner aus der CH-PS 2 10 950 bekannt, bei einem mit einer Metallisierung versehenen Kohlestück und einem metallischen Träger die bisher durch Löten hergestellte Verbindung durch eine elektrisch nicht leitende Kunstharzklebschicht zu ersetzen. Die elektrische Verbindung wird dabei anderweitig durch Litzen hergestellt. Die Metallisierung, die für das Löten erforderlich war, ist bei der Klebung funktionslos. Das Problem einer Verbesserung des Stromübergangs durch Verwendung der Metallisierung wird dabei nicht angeschnitten.

In Weiterentwicklung der Erfindung wird ein so erfindungsgemäßes Kohleschleifstück derart ausgebildet, daß die in der Klebeschicht eingelagerten Metallteile stark zerklüftete, z. B. dendritische Struktur aufweisen, wobei die Korngröße mindestens der technisch erforderlichen Stärke der Klebeschicht r, entspricht und über 0,1 mm liegt. Hierdurch wird der Kontakt zwischen den Einlagerungen und den Überzügen noch verbessert, weil sich durch die Deformierbarkeit der Metallteile besonders große und innige Berührungsflächen ergeben.

Entsprechend einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird ein erfindungsgemäßes Schleifstück so ausgebildet, daß die metallisierten Kontaktflächen Erhebungen aufweisen, die größer als die Dicke der Klebschicht sind und die eingelagerten Metallteile bilden. Hierbei wird nicht nur die Zahl der einen elektrischen Verlust bringenden Kontaktstellen verringert, nämlich halbiert, sondern auch ein besonders inniger, dauerhafter und niedrigohmiger Kontakt bei

den verbleibenden Kontaktstellen erzielt.

Beispielsweise werden im nachfolgenden einige Messungen an Ausführungsformen von Schleifstücken beschrieben, woraus die wesentliche Verbesserung durch Anwendung der Erfindung hervorgeht Für die Meßschleifstücke wurde eine Kunstkohleleiste von 30 mm Breite und 20 mm Stärke auf eine entsprechende Aluminiumschiene als Träger mit verschiedenen Einlagerungen aufgeklebt Diese Schleifstücke wurden einer Belastung von 100 Ampere ausgesetzt und nach 20 Minuten die Übergangsspannung zwischen Kohle und Träger sowie die Erwärmung der Kohle neben der Klebschicht in 12 mm Entfernung von der Stromzuführungsstelle ermittelt

An der Leitendmachung des Klebens

Spannungsabfall
Kohle Metallträger

I-.ntäriminu
der k.ihk

A) Metaügittereinlage nach Ö.P. 199718

ebenso, jedoch Kohle nach Erfindung verkupfert

B) Mit feinen Metallteilen im Kleber nach Ö.P. 201 ebenso, jedoch Kohle nach Erfindung verkupfert

C) Mit dendritischem Kupfergries 0,2 mm im Kleber ebenso, jedoch Kohle nach Erfindung verkupfert 650 mV
220 mV

560 mV
240 mV

470 mV
40 mV

210
105

150

75-

130
61

Bei allen erfindungsgemaß hergesieliien Kühleschleifstücken, bei denen die Kontaktfläche eier Kohle mit einem Metallüberzug versehen war, sind sowohl die Spannungsabfälle als auch die Erwärmung stark herabgesetzt, woraus sich eine wesentliche Erhöhung der elektrischen Belastbarkeit ergibt Dies ist besonders bei elektrischen Triebfahrzeugen von großer technischer Bedeutung, da die laufende Entwicklung immer stärkere Antriebsleistungen erfordert ■

Zwei Ausführungsformen eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kohleschleifstücks für den Stromabnehmer eines Schienenfahrzeugs sind in den F i g. 1 und 2 der Zeichnungen jeweils im Querschnitt dargestellt

Auf einem schienenförmigen Träger 1 ist ein Kunstkohlekörper 2 mittels einer Klebeschicht 3 aufgeklebt In die Klebeschicht sind Metalleinlagen 4 eingebettet, die gemäß F i g. 1 z. B. die Form von parallelen Drähten eines Metallgitters oder auch die Form von feinen Metallkügelchen, Metallgrieß od. dgl, auch mit unregelmäßiger Oberfläche, haben können. Sie bestehen vorzugsweise aus Kupfer oder einem anderen gut leitenden Metall. Die der Klebschicht 3 ^gewendete Fläche des Kunstkohlekörpers 2 ist mit einem Überzug 5 aus Metall, insbesondere Kupfer oder Silber, versehen; der Metallüberzug kann nach üblichen Metallisierungsverfahren aufgebracht sein. Er steht teilweise in direktem metallischen Kontakt mit den Einlagerungen 4, insbesondere wenn Jiese (was aus der Zeichnung nicht ersichtlich ist) durch das Anpressen beim Verkleben teilweise in den Metallüberzug 5 eingedrückt worden sind.

Gemäß Fig.2 hat der metallische Überzug 5 einstückig mit ihm verbundene Erhebungen 6, die übet die ganze Dicke der Klebeschicht 3 bis zum Träger 1 reichen und eine direkte metallische Brücke für die Stromübertragung bilden. Diese Erhebungen 6 können anstelle der metallischen Einlagen der Klebeschicht treten, d. h. selbst diese Einlagen darstellen, es können aber auch zusätzliche Einlagen in der Klebeschicht vorhanden sein. Die ursprüngliche Höhe der Erhebungen 6 ist vorzugsweise etwas größer als die Dicke der Klebeschicht, so daß die Erhebungen unter Verformung ihrer Spitzen fest gegen die Gegenkontaktfläche angepreßt werden.

Statt aus Kupfer oder Silber kann der Metallüberzug auch aus einem anderen Metall oder einer Legierung mit ähnlicher Übergangsspannung bestehen, wobei hier un.er Übergangsspannung diejenige gegenüber dem Material, aus dem die metallischen Einlagerungen bestehen, verstanden wird.

Anstelle oder zusätzlich zum Kunstkohlekörper kann auch der Träger mit einem derartigen metallischen Überzug versehen sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrisch hoch belastbares Kohleschleifstück für Stromabnehmer, bei welchem die mechanische Verbindung zwischen einem Kunstkohlekörper und einem Metallträger mittels einer Klebschicht hergestellt ist und die elektrische Überbrückung durch in die Klebschicht eingelagerte Metallteile erfolgt, wobei durch die Schleifleitung ausschließlich der Kunstkohlekörper beschliffen ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der zu verklebenden Kontaktflächen, vorzugsweise diejenige der Kohle, ganz oder teilweise mit einem Überzug (5) aus Kupfer oder Silber oder einem Metall ähnlicher Übergangsspannung versehen ist.

2. Kohleschleifstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Kiebschicht (3) eingelagerten Metallteile (4) stark zerklüftete, 2. B. dendritische Struktur aufweisen, wobei die Korngröße mindestens der technisch erforderlichen Stärke der Klebschicht (3) entspricht und über 0,1 mm liegt

3. Kohleschleifstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallisierten Kontaktflächen Erhebungen (6) aufweisen, die größer als die Dicke der Klebschicht (3) sind und die eingelagerten Metallteile bilden.