DE3030357C2

DE3030357C2 - Process to shorten the running-in times of grinding brushes for electrical machines

Info

Publication number: DE3030357C2
Application number: DE19803030357
Authority: DE
Inventors: Winfried Dipl.-Ing. DDR 9001 Karl-Marx-Stadt Pluschke; Hans-Joachim Dr.rer.sc.nat. DDR 1100 Berlin Teuschler
Original assignee: VEB INGENIEURBUERO ELEKTROGERAETE DDR 9010 KARL-MARX-STADT DD
Current assignee: VEB INGENIEURBUERO ELEKTROGERAETE DDR 9010 KARL-MARX-STADT DD
Priority date: 1980-08-11
Filing date: 1980-08-11
Publication date: 1984-08-16
Also published as: DE3030357A1

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft das Gebiet elektrischer Kommutatormaschinen, insbesondere elektrische Kleinmaschinen/Universalmotoren, und zwar besonders die Erreichung eines einwandfreien Laufes der Schleifbürsten elektrischer Maschinen auf einem Kommutator oder Schleifring.The invention relates to the field of electrical commutator machines, especially small electrical machines / universal motors, especially the achievement the smooth running of the brushes of electrical machines on a commutator or Slip ring.

Sie bezieht sich auf ein Verfahren zur Verkürzung der Einlaufzeiten von Schleifbürsten elektrischer Maschinen. It relates to a method to shorten the running-in times of grinding brushes for electrical machines.

Charakteristik der bekannten technischen
LösungenCharacteristic of the known technical
solutions

Schleifbürsten, speziell aus einem kohlenstoffhaltigen Material, werden meistens mit einem Laufradius versehen, der näherungsweise der Form des Kommutators oder Schleifringes angepaßt ist Die Toleranzen der Kontaktpaarung und der elektrischen Maschine bewirken, daß die Laufflächen der Schleifbürsten nicht voU-ständig tragen.Abrasive brushes, especially made of a carbonaceous material, are usually provided with a running radius, which is approximately adapted to the shape of the commutator or slip ring The tolerances of the The contact pairing and the electrical machine mean that the running surfaces of the grinding brushes are not complete wear.

Es ist daher grundsätzlich gebräuchlich, daß Hersteller von elektrischen Maschinen, insbesondere von Universalmotoren, das Einlaufen der Schleifbürsten in den Fertigungsprozeß einordnen, um bei der EndkontrolleIt is therefore generally common that manufacturers of electrical machines, especially of universal motors, the running-in of the grinding brushes in the Classify the manufacturing process at the final inspection

ίο das Bürstenfeuer als Kriterium für die Qualität der Maschinen heranziehen zu können und eine Verfälschung der Kennwerte durch starkes Bürstenfeuer, aufgrund geringer tragender Bürstenfläche, zu vermeiden.
Um die Einlaufzeit der Schleifbürsten zu verringern, werden vorzugsweise durch Pressen in einem Formwerkzeug hergestellte Schleifbürsten für elektrische Maschinen mit Profilierungen in Form parallel zueinander verlaufender Rippen an deren konkav gewölbten Kontaktflächen vorgesehen.ίο to be able to use the brush fire as a criterion for the quality of the machines and to avoid falsification of the characteristic values due to strong brush fire due to the small load-bearing brush surface.
In order to reduce the running-in time of the grinding brushes, grinding brushes for electrical machines produced by pressing in a molding tool with profiles in the form of ribs running parallel to one another are provided on their concavely curved contact surfaces.

Solche mit Rippen versehene Schleifbürsten reduzieren zwar die Einschleifzeit der Schleifbürste!!, weil die Schleifbürste mit ihrer Kontaktfläche bei Beginn des Einschleifvorganges linienförmig auf dem Kollektor der Maschine aufliegt. Dadurch wird die duich den Preßvorgang verdichtete Kontaktfläche sehr schnell abgetragen, und zwar bedingt durch den sehr hohen spezifischen Druck auf die einzelnen Rippen (DE-GM 76 26 775). Es ergibt sich aber immer noch nicht eine optimal kurze Einschleifzeit der Schleifbürste.Reduce such ribbed abrasive brushes the grinding time of the grinding brush !!, because the grinding brush with its contact surface at the beginning of the The grinding process rests linearly on the collector of the machine. This will duich the pressing process compacted contact surface is removed very quickly, due to the very high specific Pressure on the individual ribs (DE-GM 76 26 775). But there is still not one optimally short grinding time of the grinding brush.

Insbesondere wird durch diese Maßnahme kein kontinuierlicher Fertigungsablauf und keine grundsätzliche Lösung des Problems des Einlaufverhaltens von Schleifbürsten erreicht
Nach der US-Patentschrift 24 43 798 wird zur Verbesserung der Arbeitscharakteristik von Schleifbürsten die Anwendung von Bleihalogenidverbindungen in wäßrigen Lösungen von Ammoniumazetat zur Imprägnierung dieser Bürsten vorgeschlagen. Durch eine Wärmebehandlung sublimiert Ammoniumazetat und in den Poren der Bürste bleiben nur die Bleiverbindungen. Das Ammoniumazetat ist also bei Betreiben der elektrischen Maschine in den Bürsten nicht mehr vorhanden. Ferner ist das genannte Verfahren nur für Bürsten anzuwenden, die kommunizierende Poren besitzen. Dieses Verfahren ist nicht für eine Verkürzung des Einlaufprozesses konzipiertIn particular, this measure does not achieve a continuous production process and does not provide a fundamental solution to the problem of the run-in behavior of grinding brushes
According to US Pat. No. 2,443,798, the use of lead halide compounds in aqueous solutions of ammonium acetate to impregnate these brushes is proposed to improve the working characteristics of grinding brushes. Through a heat treatment, ammonium acetate sublimes and only the lead compounds remain in the pores of the brush. The ammonium acetate is no longer present in the brushes when the electrical machine is operated. Furthermore, the method mentioned is only to be used for brushes that have communicating pores. This method is not designed to shorten the running-in process

Das Anpassen der Kontur der Bürste an den Kommutator nach US-PS 27 25 697 ist ein rein mechanischer Prozeß, d.h. die Bürstenkontur wird durch mechanisches Abschleifen angepaßt. Dieses Verfahren zeigt Nach'eile, indem das Einschleifen nicht unter den elektrischen Betriebsbedingungen der Maschine erfolgt und daß nach Einschleifen der Bürsten in einem zusätzlichen Arbeitsgang die Schleifmittelschicht entfernt werden muß.Adapting the contour of the brush to the commutator according to US Pat. No. 2,725,697 is purely mechanical Process, i.e. the brush contour is adapted by mechanical grinding. This procedure shows Disadvantages in that the grinding does not take place under the electrical operating conditions of the machine and that after grinding in the brushes, the abrasive layer is removed in an additional operation got to.

Das Einlaufen von Schleifbürsten ist besonders bei der Massenfertigung ein aufwendiger Arbeitsgang, bei dem erhebliche Kosten für verbrauchte elektrische Energie anfallen. Auch die Abführung der in Wärme umgesetzten Energie verursacht Aufwendungen. Meist werden für den Bürsteneinlauf große Flächen bzw. Räume benötigt. Die relativ lange Einlaufzeit stört den kontinuierlichen Fertigungsablauf zwischen Montage und Endprüfung. Da die Einlaufsicherheit begrenzt ist, führt das teilweise noch vorhandene Bürstenfeuer zur Rückweisung der Maschine zur Reparatur oder zu erneutem Bürsteneinlauf und damit zur Störung des Fertigungsablaufes. The running-in of grinding brushes is a laborious process, especially in mass production which incur considerable costs for consumed electrical energy. Also the dissipation of heat converted energy causes expenses. Usually large areas or rooms are used for the brush inlet needed. The relatively long run-in period disrupts the continuous production process between assembly and Final test. Since the inlet safety is limited, the partly still existing brush fire leads to rejection the machine for repairs or for a new brush run-in and thus to disrupt the production process.

Der Vollständigkeit halber wird auf das Einschleifen jeder einzelnen Schleifbürste mit mechanisch wirkenden Hilfsmitteln auf die zugeordnete Kommutator- bzw. Schleifringoberfiäche verwiesen. Dieses Verfahren ist besonders aufwendig und für eine Großserienfertigung von elektrischen Maschinen ungeeignetFor the sake of completeness, reference is made to the grinding of each individual grinding brush with mechanically acting tools on the assigned commutator or Referenced slip ring surface. This procedure is particularly complex and unsuitable for large-scale production of electrical machines

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die dem beschriebenen Stand der Technik anhaftenden Nachteile zu beseitigen, die Einlaufzeiten wesentlich zu verkürzen,, die Einlaufsicherheit zu erhöhen und die technischen und materiellen Aufwendungen zu reduzieren.The aim of the invention is to overcome the disadvantages inherent in the prior art described to eliminate, to shorten the running-in times significantly, to increase the inlet security and to reduce the technical and material expenses.

Explain the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Schleifbürsten für Kommutator- und Schleifringmaschinen kurzzeitig eine.» starken Verschleiß zu erreichen, um nachfolgend einwandfreie Laafvcrhältnisse der Schleifbürsten elektrischer Maschinen auf einem Kommutator oder Schleifring zu realisieren.The invention is based on the object of grinding brushes for commutator and slip ring machines briefly one. " to achieve severe wear, in order to subsequently achieve perfect Laaf conditions of the To realize grinding brushes of electrical machines on a commutator or slip ring.

Features of the invention

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß während der Einlaufphase in der Kontaktzone zwischen der Lauffläche des Kommutators oder Schleifringes und der Bürste sublimierbare Ammoniumsalze zur chemisch-physikalischen Wirkung gebracht werden. Für den Zeitraum des Einlaufens der Schleifbürsten wird eine chemische Reaktionsfolge zur geometrischen Angleichung der Kontaktpartnei zur Wirkung gebracht, wobei die Reaktionskinetik von chemisch aktiven Agenzien in der Plasmaphase in bezug auf die Oxidation der Kohlenstoffmodifikationen in gezielter Weise genutzt wird. Es hat sich erwiesen, daß für diesen Zweck vorzugsweise feste Chemikalien zum Einsatz zu bringen sind, die nicht nur chemisch verbraucht, sondern auch durch Sublimation nach der Einlaufphase zwangsweise entfernt werden. Es werden erfindungsgemäß sublimierbare Ammoniumsalze eingesetzt, die in der Plasmaphase des Schleif- und Gleitkontaktes Radikalreaktionen zum Abbau der Kohlenstoffmodifikationen zwangsläufig ablaufen lassen.According to the invention the object is achieved in that during the run-in phase in the contact zone between the running surface of the commutator or slip ring and the brush for sublimable ammonium salts chemical-physical effect. For the period of the running-in of the grinding brushes a chemical reaction sequence is brought into effect for the geometric adjustment of the contact partner, the kinetics of reaction of chemically active agents in the plasma phase with respect to oxidation the carbon modifications is used in a targeted manner. It has been found that for this The purpose is preferably to bring solid chemicals to use that are not only chemically consumed, but can also be forcibly removed by sublimation after the running-in phase. There are according to the invention sublimable ammonium salts are used, the radical reactions in the plasma phase of the sliding and sliding contact to degrade the carbon modifications inevitably.

Zur praktischen Anwendung besteht die Notwendigkeit, die speziellen Ammoniumsalze entweder auf die Oberflächen der Kommutatoren und Schleifringe oder der Schleifbürste zu fixieren. Hierbei ist zur Präparation die Anwendung von Lösungsmitteln, gegebenenfalls mit Fixierungsadditiven, notwendig. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Lösungsmittel vor Beginn des Einlaufprozesses durch natürliche Verdunstung zu entfernen. Die während der Einlaufphase chemisch wirksame Substanz verbleibt hiernach in kristalliner Form auf der Oberfläche wenigstens eines Kontaktpartners.For practical use, there is a need to use the special ammonium salts either on the To fix the surfaces of the commutators and slip rings or the grinding brush. This is for the preparation the use of solvents, possibly with fixing additives, is necessary. It has been found to be functional proven to remove solvents through natural evaporation prior to the running-in process. The substance that is chemically active during the running-in phase then remains on the in crystalline form Surface of at least one contact partner.

Durch das unvermeidbare Bürstenfeuer wird ein Plasmazustand des umgebenden Mediums, in der Regel Luft bestimmter Luftfeuchte, unter Einbeziehung der quantenmechanischen Wechselwirkung mit den Kontaktpartnern hergestelltThe unavoidable brush fire creates a plasma state of the surrounding medium, usually air certain humidity, including the quantum mechanical interaction with the contact partners manufactured

Die zum Einsatz zu bringenden Ammoniumverbindungen müssen hierbei vermittels Radikalkettenmechanismen nach der Theorie des aktivierten Komplexes diejenigen Kohlenstoffelemente oxidierend abtragen, die zusätzlich einer mechanischen Wirkung in Folge des Schleif- und Gleitkontaktes ausgesetzt sind.The ammonium compounds to be used must be carried out by means of radical chain mechanisms according to the theory of the activated complex, remove those carbon elements in an oxidizing manner, which are additionally exposed to a mechanical effect as a result of the sliding and sliding contact.

Als besonders zweckmäßig haben sich die Verbindungen Ammoniumsulfat, Ammoniumphosphat, Ammoniumrhodanid und Ammoniumchlorid erwiesen.
Eine weitere erfindungsgemäße Lösung besteht darr in, daß die Kommutator- bzw. Schleifringmaschinen beim Bürsteneinlauf in einer Atmosphäre mit extrem niedriger Luftfeuchte betrieben werden und zu diesem Zweck die Luft nach bekannten chemischen oder physikalischen Verfahren getrocknet wird, bzw. die uiLgebende Atmosphäre ein technisches Gas mit geringer Feuchte ist, zum Beispiel Stickstoff oder Wasserstoff.The compounds ammonium sulfate, ammonium phosphate, ammonium rhodanide and ammonium chloride have proven to be particularly useful.
Another solution according to the invention consists in that the commutator or slip ring machines are operated at the brush inlet in an atmosphere with extremely low humidity and for this purpose the air is dried according to known chemical or physical processes, or the surrounding atmosphere with a technical gas low humidity, for example nitrogen or hydrogen.

In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens wird die die elektrische Kontaktpaarung umgebende Atmosphäre mit chemischen Substanzen versehen, die die adhä.iive Wechselwirkung und die Schichteigenschaften der Kontaktflächen ungünstig beeinflussen. Diese Wirkung wird beispielsweise durch eine silikonhaltige Atmosphäre erzielt.In a further development of this inventive concept, the atmosphere surrounding the electrical contact pairing becomes provided with chemical substances that affect the adhesive interaction and the layer properties affect the contact surfaces unfavorably. This effect is achieved, for example, by an atmosphere containing silicone achieved.

Working examples

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail below using two exemplary embodiments.

1. Ausführungsbeispiel1st embodiment

Eine gesättigte Löst^g von Ammoniumphosphat wird mittels einer von dieser Lösung angefeuchteten Filzwalze auf die Kommutatorlauffläche montagefertiger Anker von Universalmotoren gebracht.A saturated solution of ammonium phosphate is ready for assembly by means of a felt roller moistened by this solution on the commutator running surface Armature brought by universal motors.

Bei normalem Raumklima kristallisiert die Lösung durch Verdunsten des Lösungsmittels innerhalb weniger Stunden. Die Montage der Universalmotoren erfolgt dann auf gewöhnliche Weise.In a normal room climate, the solution crystallizes within a few minutes as the solvent evaporates Hours. The universal motors are then assembled in the usual way.

Der übliche Einlaufprozeß von 30 bis 60 Minuten ist jedoch nicht mehr erforderlich. Die Motoren werden in Abhängigkeit vom eingesetzten Bürstentyp nur noch 3 bis 8 Minuten bei Nennspannung betrieben. In dieser Zeit sind die Schleifbürsten vollständig eingelaufen. Dabei verringert sich das anfangs starke Zungenfeuer zu gewöhnlichem Perlfeuer. Durch die Erwärmung sublimiert das auf der Kommutatorlauffläche vorhandene Ammoniumphosphat. Anschließend kann die Endprüfung der Motoren erfolgen.However, the usual running-in process of 30 to 60 minutes is no longer necessary. The engines are in Depending on the type of brush used, only operated for 3 to 8 minutes at nominal voltage. In this Time the grinding brushes have run in completely. The initially strong tongue fire is reduced ordinary pearl fire. Sublimated by heating the ammonium phosphate present on the commutator running surface. Then the final test of the engines.

2. Ausführungsbeispiel2nd embodiment

Die Kommutator- bzw. Schleifringmaschinen werden zum Zwecke des Einlaufens der Schleifbürsten in einerThe commutator or slip ring machines are used for the purpose of running in the grinding brushes in a

so Kammer, die mit einem trockenen Gas, beispielsweise Stickstoff oder Wasserstoff angefüllt ist, betrieben. Der Einlauf prozeß dieser Maschinen wird über einen Zeitraum von ca. 5 Minuten bei Nennspannung durchgeführt. Der Mangel an Wassermolekülen verschlechtert die Reibverhältnisse derart, daß die Schleifbürsten in dieser kurzen Zeit vollkommen eingeschliffen sind. Danach kann die Endprüfung in normaler Atmosphäre erfolgen. so chamber which is filled with a dry gas, for example nitrogen or hydrogen, operated. Of the The running-in process of these machines is carried out over a period of approx. 5 minutes at nominal voltage. The lack of water molecules worsens the friction conditions so that the grinding brushes in are completely ground in this short time. The final test can then be carried out in a normal atmosphere.

Claims

Patent claims:

1. Procedure to shorten the running-in times of grinding brushes of electrical machines, characterized in that during the Run-in phase in the contact zone between the running surface of the commutator or slip ring and the Brush sublimable ammonium salts are brought to the chemical-physical effect.

2. The method according to claim 1, characterized in that that as ammonium salts the compounds ammonium sulfate, ammonium phosphate, ammonium rhodanide and ammonium chloride can be used individually or in mixtures.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the ammonium salts before the running-in process are fixed on the surface of the commutator or slip ring.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that that the ammonium salts before your enema process fixed on the surface of the brush end intended for sliding and sliding contact are.

5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the ammonium salts in dissolved Form or as a suspension can be applied to the commutator or slip ring running surface.

6. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the ammonium salts fixation additives and / or electrically conductive additives are added.

Z. Method for shortening the running-in times of grinding brushes for electrical machines, thereby characterized in that the running-in process is carried out according to known chemical or physical processes of water-dried atmosphere takes place.

8. The method according to claim 7, characterized in that the atmosphere is a technical gas like hydrogen or low water content nitrogen.

• 9. Method according to claim 7, characterized in that the surrounding atmosphere contains silicone Substances are added which adversely affect the layer properties of the contact surfaces influence.