DE4012654A1 - Kohlebuerste fuer kleinmotoren und verfahren zur herstellung einer kohlebuerste - Google Patents
Kohlebuerste fuer kleinmotoren und verfahren zur herstellung einer kohlebuersteInfo
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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
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.
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.
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
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 (5)
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.
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.
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.
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