DE4012654A1

DE4012654A1 - Kohlebuerste fuer kleinmotoren und verfahren zur herstellung einer kohlebuerste

Info

Publication number: DE4012654A1
Application number: DE4012654A
Authority: DE
Inventors: Isao Shibuya
Original assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Current assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Priority date: 1989-04-21
Filing date: 1990-04-20
Publication date: 1990-10-25
Anticipated expiration: 2010-04-21
Also published as: GB9008906D0; GB2233001A; GB2233001B; CN1046818A; DE4012654C2; US5136198A; CN1024610C

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Kohlebürste für Kleinmotoren und ein Verfahren zur Herstellung der Kohlebürste und insbesondere eine Kohlebürste für Kleinmotoren mit einem Permanentmagnetfeld, wobei eine Metall-überzogene Graphitbürste aus mit einer me tallischen Schicht versehenen Partikeln von Graphit pulver gebildet, preßgeformt und gesintert ist. Der Aschegehalt des Graphitpulvers ist auf weniger als 0,05 Gewichtsprozent reduziert, um mechanische Ge räusche zu verringern und die Kommutationseigen schaften zu verbessern.

Kohlebürsten für Kleinmotoren sind bisher hergestellt worden, indem ein Binder einem Graphitpulver hinzu gefügt wird, das auf etwa 99% oder 99,5% gereinigt wurde, wobei dann das erstarrte Gemisch zerkleinert und gesiebt und dem zerkleinerten und gesiebten Ge misch ein metallisches Pulver beigemischt wird, um die gewünschte elektrische Leitfähigkeit zu erhalten, wobei schließlich das Gemisch preßgeformt und ge sintert wird.

Um die Verwendung des Binders zu vermeiden, ist bereits eine sogenannte Kupfer-überzogene Graphit bürste vorgeschlagen worden. Die Kupfer-beschichtete Graphitbürste soll hergestellt werden, indem die Partikel eines Graphitpulvers, das auf etwa 99% gereinigt wurde, mit Kupfer überzogen werden, worauf hin das Kupfer-beschichtete Graphitpulver ohne Hinzu fügen eines Binders preßgeformt und gesintert wird.

Das erstgenannte herkömmliche Verfahren betrifft das Formen und Sintern von Graphitpulver, das Asche ent hält, zusammen mit einem Binder. Die Verwendung des Binders erzeugt Restkohlenstoff, der als Ergebnis des Sinterns und der Karbonisation des Binders entsteht, wodurch die Zusammensetzungsfestigkeit ansteigt. Die vergrößerte Festigkeit führt zu erhöhten mechanischen Geräuschen, die entstehen, wenn die so hergestellte Bürste in Gleitkontakt mit der Kommutatorfläche steht.

Das letztgenannte Verfahren zur Herstellung einer Kupfer-überzogenen Graphitbürste beinhaltet anderer seits die Anwendung einer Kupferschicht auf die Außen fläche der Partikel des Graphitpulvers. Bei diesem Verfahren wird das Kupfer-überzogene Graphitpulver preßgeformt und gesintert, ohne daß ein Binder ver wendet wird. Durch die Abwesenheit des Binders werden die mechanischen Geräusche im Vergleich zu Kohle bürsten mit Binder reduziert.

Die Kupfer-überzogene Graphitbürste hat jedoch un zureichende Kommutationseigenschaften wegen des Aschegehalts in dem Graphitpulver.

Fig. 7 zeigt den Zustand, in dem Partikel des Graphit pulvers bei der herkömmlichen Kupfer-überzogenen Graphitbürste miteinander verbunden sind. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 11 ein Graphitpartikel, 12 eine Kupferschicht und 13 ein Aschepartikel.

Mit der vorgeschlagenen Kupfer-überzogenen Graphit bürste sind zahlreiche unerwünschte Probleme verbunden. Wenn beispielsweise ein in der Figur dargestellter Aschepartikel 13 in Kontakt mit der Kommutatorfläche gerät, können Kratzer auf der Kommutatorfläche ent stehen, was wiederum während der nachfolgenden Kommu tation zur Funkenentstehung führt. Außerdem verursachen Aschepartikel Leitungsstörungen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kohlebürste für Kleinmotoren anzugeben, bei der die mechanischen Geräusche verringert und die Kommuta tionseigenschaften verbessert sind. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung einer solchen verbesserten Kohlebürste angegeben werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn zeichen der Patentansprüche 1 und 2 angegebenen Merk male gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Kohlebürste enthält ein Graphit pulver mit einem Aschegehalt von nicht mehr als 0,05 Gewichtsprozent, wobei das Graphitpulver unter Verwendung einer Halogen freisetzenden Substanz in einer inerten Gasatmosphäre hoher Temperatur gereinigt ist, wobei die Kohlebürste durch Preßformen und Sintern des Graphitpulvers mit einem Aschegehalt von nicht mehr als 0,05 Gewichtsprozent hergestellt ist, so daß die Geräuschentwicklung und die Kommu tationseigenschaften verbessert sind.

Dem Metall-überzogenen Graphitpulver, dessen Asche gehalt kleiner als 0,05 Gewichtsprozent ist und dessen Partikel mit einer metallischen Schicht überzogen sind, kann ein Oxidpulver beigefügt sein, dessen Partikel größe kleiner als 50 Mikron ist.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Graphit pulver unter Verwendung einer Halogen-freisetzenden Substanz in einer inerten Gasatmosphäre hoher Tempe ratur gereinigt, und die Kohlebürste wird hergestellt, indem dem Graphitpulver ein Oxidpulver beigemengt wird, dessen Partikelgröße nicht mehr als 50 Mikron beträgt, woraufhin das Gemisch preßgeformt und gesintert wird.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 das Prinzip der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Flußdiagramm eines Beispiels des er findungsgemäßen Herstellungsverfahrens;

Fig. 3 einen Reinigungsofen für den Reinigungs behandlungsprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung;

Fig. 4, 5A-5D Diagramme von Oszillographwellen- Formen, die typische Kommutations wellenformen zeigen, wenn die Kohle bürsten Nr. I-IV gemäß Fig. 4 ver wendet werden;

Fig. 6A u. 6B Partikelstrukturen einer Ausführungs form der erfindungsgemäßen Kohlebürste;

Fig. 7A u. 7B Partikelstrukturen einer herkömmlichen Kohlebürste, die einen Binder enthält;

Fig. 8 ein Flußdiagramm eines weiteren Bei spiels des erfindungsgemäßen Her stellungsverfahrens;

Fig . 9 die Zusammensetzung einer weiteren Aus führungsform der erfindungsgemäßen Kohle bürste;

Fig. 10 ein Oszillographwellenform-Diagramm zur Darstellung einer typischen Kommutations wellenform, wenn die in Fig. 9 darge stellte Kohlebürste verwendet wird;

Fig. 11 die Partikelstruktur der Kohlebürste gemäß Fig. 9;

Fig. 12 Versuchsergebnisse zur Verdeutlichung der Beziehung zwischen der Partikel größe des hinzugefügten Oxidpulvers und

Fig. 13 Versuchsergebnisse zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Gehalt an hinzu gefügtem Oxidpulver und dem Grad der Ab nutzung und

Fig. 14 den Zustand der Verbindung von Graphitpulver partikel in einer herkömmlichen Kupfer-über zogenen Graphitbürste.

Fig. 1 erläutert das erfindungsgemäße Prinzip und zeigt den Zustand, in demKohlebürsten in einem Klein motor verwendet werden, eine perspektivische Ansicht (A-1), eine teilweise vergrößerte Ansicht (A-2) sowie eine Strukturdarstellung (A-3) der Kohlebürste.

In der Figur bezeichnen das Bezugszeichen 1 einen Kommutator, 2 ein Kommutatorsegment, 3 eine drehbare Welle, 4 eine Kohlebürste, 5 ein elastisches Bürsten teil, 11 ein Graphitpartikel und 12′ eine metallische Schicht wie eine Kupferüberzugschicht.

In Fig. 1 sind Kohlebürsten 4 durch elektrisch leiten de elastische Bürstenhalter 5 gehalten und in der Weise gestützt, daß sie in Gleitkontakt mit Kommutatorseg menten 2 stehen. Die Kohlebürste 4 ist in eine umge kehrte T-Form gesintert, deren Steg von dem elastischen Bürstenhalteteil 5 gehalten ist, wie in A-1 der Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt ist. Die Bodenfläche der umgekehrten T-Form ist geringfügig gekrümmt, um in einen Gleitkontakt mit dem Kommutator segment 2 geraten zu können.

Wie in A-2 der Fig. 1 vergrößert dargestellt ist, ist die Kohlebürsten 4 durch Preßformen und Sintern von Graphitpulverpartikeln gebildet, die beispiels weise mit Kupfer überzogen sind. Wie in A-3 der Fig. 1 in einer Strukturabbildung gezeigt ist, ist eine metallische Schicht 12′ auf der Oberfläche jedes der Graphitpartikel 11 gebildet. Diese Graphitpulverpartikel sind preßgeformt und gesintert, um durch die metallische Schicht 12′ miteinander verbunden zu sein.

Fig. 2 ist ein Flußdiagramm, das ein Beispiel des er findungsgemäßen Herstellverfahrens zeigt. Die Bezugs zeichen 20 bezeichnen Graphitpulver, das auf ungefähr 99% gereinigt bzw. verfeinert ist, 21 einen Reinigungs behandlungsvorgang gemäß der Erfindung, 22 einen Metall überzugvorgang, 23 einen Preßformvorgang und 24 einen Sintervorgang.

Eine erfindungsgemäße Kohlebürste wird gemäß Fig. 2 hergestellt, indem an dem Graphitpulver der Reinigungs behandlungsprozeß 21, der Metallüberzugprozeß 22, der Preßformprozeß 23 und der Sinterprozeß 24 ausgeführt werden. Während der Metallüberzugprozeß 22, der Preß formprozeß 23 und der Sinterprozeß nicht näher be schrieben werden, da diese Vorgänge bekannt sind, wird der Reinigungsbehandlungsprozeß nachfolgend in näheren Einzelheiten mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben, da dieser Vorgang ein Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung ist.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Reini gungsofens bzw. Frischungsofens, der in dem Reinigungs behandlungsprozeß gemäß der Erfindung verwendet wird. Bezugszeichen 20 bezeichnet Graphitpulver, 30 den Ofen, 31 einen Stromzufuhrtransformator, 32 eine Halo gen-Rohrleitung und 33 eine Heizeinrichtung.

Der Reinigungsbehandlungsprozeß entspricht einem Prozeß, bei dem Verunreinigungen im Graphitpulver unter Verwendung einer Halogen-freisetzenden Substanz wie CCl₄ oder CCl₂F₂ beseitigt werden, die Halogen bei hohen Temperaturen in einem inerten Gas wie Stickstoff oder Argon vollständig freisetzt. Hierbei wird Graphit pulver 20 in den Ofen 30 gefüllt, in dem ein Halogen gasrohr 32 in dem Graphitpulver angeordnet ist. Wenn die Temperatur in dem Ofen infolge der Heizeinrichtung 33 auf etwa 1800° C ansteigt, wird CCl₄ in dem inerten Gas gesättigt und durch das Halogenrohr 32 zugeführt. In diesem Fall finden die folgenden Reaktionen in dem Ofen statt:

CCl₄ → C + 2 Cl₂
3 C + Fe₂O₃ + 3 Cl₂ → 2 FeCl₃ + 3 CO

Wenn die Temperatur über 1900° C ansteigt, wird CCl₄ durch Cl₂F₂ ersetzt, und der Reinigungsvorgang wird über 4 Stunden lang bei über 2500° C fortgesetzt. In dem nachfolgenden Kühlprozeß wird ebenfalls mit einem inerten Gas wie Stickstoff oder Argon gespült um die Verunreinigungen an einer Umkehrdiffusion zu hindern und Halogen zu entfernen.

Dieser Reinigungsbehandlungsprozeß ergibt Graphit mit einer Reinheit von über 99,95 Gewichtsprozent mit Ver unreinigungen, die unter 0,05 Gewichtsprozent liegen.

Eine mit Kupfer überzogene Graphitbürste, die aus mit Kupfer überzogenen Graphitpartikeln hergestellt ist, ist bekannt, wie eingangs im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben ist. Die vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Aschegehalt des Graphit pulvers, das dem Reinigungsbehandlungsprozeß 21 unter zogen wurde, jedoch noch nicht dem Metallüberzugprozeß 22, bei nicht mehr als 0,05 Gewichtsprozent gehalten ist, d.h. der Partikel, die dem Aschegehalt der gesamten Partikel entsprechen, die bei der hergestellten Kohle bürste 4 mit Metall überzogen, preßgeformt und gesintert sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, während des Betriebs des Motors die mechanischen Geräusche gegenüber herkömmlichen Kohlebürsten, die einen Binder verwenden, zu verringern. Außerdem haben die erfindungsgemäßen Kohlebürsten ausgezeichnete Kommutierungseigenschaften infolge des verringerten Aschegehalts. Mit anderen Worten haben die Kupfer plattierten bzw. mit Kupfer überzogenen Graphitbürsten des Standes der Technik, die als Konzept bekannt, je doch nicht in die Praxis umgesetzt wurden, mit der vorliegenden Erfindung einen Stand erreicht, der sie für die Praxis verwendbar macht.

Der Erfinder der vorliegenden Patentanmeldung stellte Bürsten aus Kupfer-überzogenem Graphit nach dem folgen den Verfahren her, zuzüglich zu dem Reinigungsbehand lungsprozeß, um die Reinheit des in den Metall-über zogenen Graphitbürsten verwendeten Graphits zu er höhen, und führte Tests an Motoren aus, die diese Bürsten beinhalten.

(i) Physikalische Reinigung

Graphit wurde von Verunreinigungen nach dem Flotations verfahren getrennt unter Verwendung der Unterschiede in den physio-chemischen Oberflächeneigenschaften der Festpartikel. Der physikalische Reinigungsprozeß be handelte Partikel in einer Größe von etwa 300 Mikron. Unter Ausnutzung des Vorteils, daß Graphit mit Luft blasen getrennt werden kann, wurde Graphitpulver in ein Gemisch von Öl und Luftblasen eingegeben und ge sammelt, indem die Graphitpartikel an den schwebenden Luftblasen anhafteten . Bei diesem Vorgang kann eine Reinheit zwischen 98% und 99,5% erreicht werden. Dies heißt, daß Verunreinigungen zwischen 0,5% und etwa 2% in dem Graphitpulver verbleiben.

(ii) Chemische Behandlung

Die Verunreinigungen in dem Graphit wurden in hoch konzentrierten Säure- und Alkalielösungen gelöst, und die Lösungen wurden erhitzt (auf 160°C bis 170°C) und unter Druck gesetzt (auf 5 bis 6 atms). Diese Be handlung wird allgemein Autoklaven-Verfahren genannt, das hauptsächlich aus folgenden Reaktionen besteht:

Fe₂O₃ + 6 HCl → 2 FeCl₃ + 3 H₂O
2 SiO₂ + 4 NaOH → 2 Na₂SiO₃ + 2 H₂O

Mit dieser chemischen Behandlung wird eine Reinheit von 99% bis 99,9% erreicht, wobei Verunreinigung bzw. Fremd stoffe zwischen nicht weniger als 0,05% und etwa 1% in dem Graphitpulver verbleiben.

Fig. 4 zeigt die Versuchsergebnisse der Kohlebürsten (nachfolgend als erste Kohlebürsten bezeichnet), die nach dem Beispiel gemäß Fig. 2 hergestellt wurden. Nr. I bezeichnet die Versuchsergebnisse mit herkömm lichen Kohlebürsten (die Binder enthalten), Nr. II Versuchsergebnisse bei Verwendung von physikalisch gereinigten, Kupfer-überzogenen Graphitbürsten, Nr. III diejenigen mit chemisch behandelten, Kupfer-überzogenem Graphit und Nr. IV Versuchsergebnisse bei Verwendung von Kupfer-überzogenen Graphitbürsten, die mit dem erfindungsgemäßen Reinigungsbehandlungsprozeß herge stellt wurden. Es wurden jeweils 10 Bürsten für die Nr. I bis IV hergestellt und den Versuchen unterworfen.

Die Bürsten I zeigen einen durchschnittlichen mecha nischen Geräuschwert von 46 dB, und zwei der 10 Bürsten I hatten ungeeignete Kommutationseigen schaften, was die Kommutationswellenform anbetrifft. Die Bürstennummer II und III zeigen durchschnittliche mechanische Geräuschwerte von 40 dB, und alle Bürsten II und III hatten ungeeignete Kommutationswellen formen. Die Bürstennummer IV hatten andererseits einen durchschnittlichen mechanischen Geräuschwert von 38 dB, und alle Bürstennummer IV hatten gute Kommutationswellenformen.

Die Fig. 5A, 5 B, 5 C und 5 D sind Diagramme von Oszillographenwellenformen, die typische Kommutations wellenformen angeben, wenn die in Fig. 4 aufgeführten Bürsten Nr. I bis IV verwendet wurden. Der Begriff "Kommutationswellenform" meint hier die Wellenform des Motorstroms während der Zeitspanne, in der die Bürsten über die Kommutatorsegmente gleiten. Bei den in Fig. 5D gezeigten erfindungsgemäßen Bürsten ist die Kommutationswellenform sehr regelmäßig, was auf gute Kommutationseigenschaften schließen läßt.

Die Wellenformen der Bürsten II und III (Fig. 5B und 5C) zeigen Unregelmäßigkeiten und zeitweise einen nicht-leitenden Zustand, wohingegen die Wellenform der Bürstennummer I im praktischen Bereich nahezu regelmäßig ist.

Die Fig. 6A und 6B zeigen Partikelstrukturen der erstenKohlebürste gemäß der Erfindung, die mit einem Kunststoff gegossen und dann poliert wurde. Fig. 6A zeigt die vertikale Schnittfläche der Bürste, die in A-1 der Fig. 1 abgebildet ist, während Fig. 6B die horizontale Schnittfläche derselben Bürsten, dar gestellt in A-1 zeigt. Wie diese Figuren zeigen, wurden auf den Außenflächen jedes Graphitpartikels Kupfer überzogene Schichten gefunden.

Die Fig. 7A und 7B zeigen Partikelstrukturen der herkömmlichen Kohlebürste, die einen Binder ver wendet. Fig. 7A entspricht Fig. 6A, während Fig. 7B der Fig. 6B entspricht. In den Fig. 7A und 7B sind Graphitpartikel nur schwach mit einem elek trisch leitenden Metall verbunden, wobei der Rest- Kohlenstoff des Binders zwischen den Graphitpartikeln eingelagert ist.

Wie oben beschrieben, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, Metall-überzogene Graphitbürsten für die Praxis zu verwenden, die bisher als nicht verwendbar betrachtet wurden.

Nachfolgend wird eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kohlebürste und das Verfahren zu ihrer Herstellung beschrieben. Die Kohlebürste dieser Ausführungsform und das Herstellungsverfahren ent sprechen im wesentlichen der ersten Kohlebürste, die mit Bezug auf die Fig. 1 bis 7 beschrieben ist, und dem Herstellungsverfahren der Bürste. Die Kohle bürste der weiteren Ausführungsform (nachfolgend als zweite Kohlebürste bezeichnet) wird nach dem Her stellungsverfahren erzeugt, das in Fig. 8 dargestellt ist, bei dem ein Oxidbeigabeprozeß zur Zumischung von Oxidpulver einer Partikelgröße von nicht mehr als 50 Mikron zwischen dem Reinigungsbehandlungsprozeß 21 und dem Metall-Überzugprozeß 22 des in Fig. 2 darge stellten Herstellungsverfahrens eingefügt ist.

Wie Fig. 9 in einer Darstelllung entsprechend A-3 gemäß Fig. 1 zeigt, hat die zweite Kohlebürste Metall-überzogene Schichten 12′ auf der Außenfläche der Graphitpartikel 11 und Oxidpartikel 11′, und beide Partikel werden preßgeformt und mittels der Metall-überzogenen Schichten 12′ miteinander ver bunden.

Dieselben Versuche, die weiter oben mit Bezug auf die Fig. 3 ausgeführt wurden, wurden ebenfalls an den zweiten Kohlebürsten ausgeführt. Die Versuchsergebnisse zeigten, daß die zweiten Bürsten einen durchschnitt lichen mechanischen Geräuschwert von 38 dB hatten, und daß alle 10 Bürsten gute Kommutationswellenformen auf wiesen, wie dies bei den Bürsten Nr. IV in Fig. 3 der Fall ist.

Fig. 10 ist ein Oszillographwellenform-Diagramm, das eine typische Kommutationswellenform der zweiten Kohlenbürsten zeigt. Nach Fig. 10 haben die zweiten Bürsten eine sehr regelmäßige Wellenform, was mit guten Kommutationseigenschaften verbunden ist.

Die Fig. 11A und 11B zeigen die Partikelkonstruk tion der zweiten Kohlebürsten gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Bürste mit Kunststoff gegossen und anschließend poliert wurde. Fig. 11A zeigt die vertikale Schnittfläche der Bürste, die in A-1 der Fig. 1 dargestellt ist, während Fig. 11B die hori zontale Schnittfläche der Bürste gemäß A-1 der Fig. 1 zeigt. Wie die Figuren zeigen, befindet sich auf der Außenfläche jedes Graphitpartikels eine Kupfer-Über zugschicht wie bei der ersten Kohlebürste.

Die Versuchsergebnisse gemäß den Fig. 12 und 13 zeigen, daß die zweiten Kohlebürsten der Erfindung, die durch Hinzufügen von Kupfer-überzogenen Oxid pulver zu hochgradig reinem, Kupfer-überzogenem Graphitpulver hergestellt sind, eine hohe Verschleiß festigkeit haben.

Als Oxide werden beispielsweise Silikate mit Zusammen setzungen wie SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ und MnO, MgO und TiO₂ verwendet und der oben beschriebenen zweiten Kohlebürste beigefügt. Es wurde ermittelt, daß die oben erwähnte Verschleißfestigkeit eine enge Be ziehung zu der Partikelgröße und dem Gehalt an Oxid pulver in dem Graphitpulver hat.

Fig. 12 zeigt Versuchsergebnisse an Graphitbürsten, denen 3 Gewichtsprozent Oxidpulver beigemengt wurde, um die Beziehung zwischen der Partikelgröße des Oxid pulvers und der Verschleißfestigkeit zu verdeutlichen. Fig. 13 zeigt Versuchsergebnisse an Graphitbürsten, bei denen Oxidpulver in einer Partikelgröße unter 50 Mikron verwendet wurde, um die Beziehung zwischen dem Oxidpulvergehalt und der Verschleißfestigkeit zu verdeutlichen. Die in den Fig. 12 und 13 darge stellten Versuchsergebnisse geben maximal 80 Stunden dauernde Versuche an 10 Bürsten wieder, die für jede Versuchsnummer hergestellt wurden. Die x-Marke gibt den Zeitpunkt an, an dem eine Bürste ausfiel.

Aus Fig. 12 ergibt sich, daß die Partikelgröße des Oxidpulvers unter 50 Mikron (Versuch Nr. 2) gehalten werden muß, um die Abnutzbarkeit zu verringern. D.h., wenn kein Oxid beigegeben wird (Versuch Nr. 1) wird die Verschleißfestigkeit höher. Bei Oxiden einer Par tikelgröße von 50 bis 60 Mikron (Versuch Nr. 3) fielen 5 Bürsten in einer relativ kurzen Zeitspanne aus (im Durchschnitt 8 Stunden). Bei anderen Partikelgrößen (Versuche Nr. 4-7) fielen alle Bürsten in einer kurzen Zeitspanne aus (im Durchschnitt 3,9 bis 4,5 Stunden).

Obwohl kein praktisches Problem mit einem Oxidpulver gehalt in einem Bereich von 0,1 bis 10,0 Gewichtsprozent (Versuche Nr. 1 bis 6) besteht , da der Abnutzungsgrad in diesem Bereich bei 31% bis 43% liegt, wie aus Fig. 13 zu ersehen ist, können günstigere Resultate erzielt werden, wenn der Oxidpulvergehalt in einem Bereich von 0,5 bis 10,0 Gewichtsprozent (Versuche Nr. 3 bis Nr. 6) gehalten wird, da der Abnutzungsgrad auf 31 bis 33% weiter reduziert ist. Bei einem Oxidpulvergehalt in Höhe von 12,0 Gewichtsprozent (Versuch Nr. 7) fielen jedoch alle Bürsten aus.

Auf der Basis der vorstehend beschriebenen Versuche wird die erfindungsgemäße Kohlebürste durch Hinzufügen von 0,1 bis 10,0 Gewichtsprozent Oxidpulver herge stellt, das eine Partikelgröße von nicht mehr als 50 mikron hat, um die Verschleißfestigkeit zu ver bessern.

Obwohl im Zusammenhang mit der Herstellung der zweiten Kohlebürste beschrieben ist, daß ein Kupfer überzogenes Oxidpulver dem hochgradig gereinigten, Kupfer-überzogenen Graphitpulver beigemengt wird, bevor der Preßform- und Sintervorgang ausgeführt wird, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern es kann auch nicht-beschichtetes Oxidpulver dem hoch gradig reinen Kupfer-überzogenen Graphitpulver beige mengt werden.

Nach der Erfindung ist es möglich, Bürsten aus Metall überzogenem Graphit für die Praxis zu benutzen, was bisher nicht möglich schien, wobei auf diese Weise die mechanischen Geräusche verringert und die Kommuta tionseigenschaften verbessert werden können und die Kohlebürsten eine verbesserte Verschleißfestigkeit haben.

Claims

1. Kohlebürste für einen Kleinmotor mit einem Per manentmagnetfeld, der durch Stromkommutation über einenKommutator rotiert, wobei die Kohlebürste durch Verbinden von Graphitpulver gebildet ist und im Gleit kontakt mit dem Kommutator zur Stromkommutation steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlebürste (4) eine Metall-überzogene Graphit bürste ist, die durch Preßformen und Sintern des Graphitpulvers gebildet ist, nachdem Partikel des Graphitpulvers mit einer metallischen Schicht über zogen sind, und daß das für die Metall-überzogene Graphitbürste verwendete Graphitpulver gereinigt ist, um den Aschegehalt des Graphitpulvers auf nicht mehr als 0,05 Gewichtsprozent zu reduzieren.

2. Verfahren zur Herstellung einer Kohlebürste für einen Miniaturmotor mit einem Permanentmagnetfeld, der durch Stromkommutation über einenKommutator rotiert, wobei die Kohlebürste durch Verbinden von Graphitpulver hergestellt ist und im Gleitkontakt mit dem Kommutator zur Stromkommutation steht, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Reinigungsbehandlung zum Reinigen des Graphitpulvers unter Verwendung einer Halogen-freisetzenden Substanz in einer inerten Gasatmosphäre hoher Temperatur, Metall-Beschichtung des Graphitpulvers, das einer Reinigungsbehandlung unterzogen ist, mit einer metallischen Schicht,
Preßformen des Metall-überzogenen Pulvers und Sintern des preßgeformten Stücks.

3. Kohlebürste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlebürste eine Metall-überzogene Graphit bürste ist, die durch Hinzufügen eines Oxidpulvers mit einer Partikelgröße von nicht mehr als 50 Mikron zu dem Metall-überzogenen Graphitpulver, dessen Partikel mit einer Metallschicht überzogen sind, gebildet ist, woraufhin das Gemisch aus Graphit und Oxid preßgeformt und gesintert ist, und daß das Graphitpulver gereinigt ist, um den Aschegehalt des Graphitpulvers auf nicht mehr als 0,05 Gewichtsprozent zu verringern.

4. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Reinigungsbehandlung des Graphitpulvers unter Ver wendung einer Halogen-freisetzenden Substanz in einer inerten Gasatmosphäre hoher Temperatur,
Hinzufügen eines Oxids mit einer Partikelgröße von nicht mehr als 50 Mikron zu dem Graphitpulver, das der Reinigungsbehandlung ausgesetzt war,
Metall-Beschichtung eines Gemischs aus dem Graphit pulver und dem Oxidpulver, das dem Reinigungsprozeß ausgesetzt war, mit einer metallischen Schicht, Preßformen des Metall-überzogenenPulvers und Sintern des preßgeformten Stücks.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsbehandlung des Graphitpulvers unter Verwendung eines Reinigungsofens mit einer Heizvor richtung zum Erhöhen der Ofentemperatur durchgeführt wird, daß der Reinigungsvorgang aus einem ersten Prozeß besteht, bei dem CCl₄ in einem inerten Gas gesättigt und dem Graphitpulver zugeführt wird, wenn die Ofen temperatur etwa 1800°C erreicht, um folgende chemische Reaktionen hervorzurufen: CCl₄ → 2 Cl₂, 3 C + Fe₂O₃ + 3 Cl → 2 FeCl₃ + 3 CO;sowie aus einem zweiten Prozeß, bei dem CCl₂F₂ in einem inerten Gas gesättigt wird, anstelle von CCl₄, und dem Graphitpulver zugeführt wird, wenn die Ofentemperatur 1900°C übersteigt, sowie einem dritten Prozeß, bei dem die Reinigungsbehandlung für mehr als 4 Stunden in einem Zustand fortgesetzt wird, bei dem die Ofentemperatur auf über 2500°C angehoben wird, wobei in einem vierten Prozeß der Ofen nach Beendigung des dritten Prozesses zusammen mit dem Graphitpulver abkühlt und das Spülen in dem vierten Prozeß durch Zufuhr von N₂ oder Ar fort gesetzt wird, um eine umgekehrte Diffusion von Verun reinigungen zu vermeiden und Halogen zu entfernen.