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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft eine Mehrschichtbürste für rotierende elektrische Maschinen.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Aus
Der DE-B-1192310 ist eine Mehrschicht-Kohlebürste bekannt, die eine Vielzahl
von elektrisch isolierten Funktionsschichten aufweist, die aneinander
befestigt sind. Diese Funktionsschichten bestehen insbesondere aus
Kohlematerial. Um die Abnutzung zu verringern und gleichzeitig die
Geräuschentstehung
zu vermindern, weist die Kohlebürste
mindestens drei Funktionsschichten auf, die gegenseitig elektrisch
isoliert sind und miteinander verbunden sind.
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In
letzter Zeit erhältliche
Gleichstrommotoren weisen eine hohe Geschwindigkeit und eine hohe
Stromdichte auf, so dass sie kompakt und leicht sind. Unter derzeitigen
Gegebenheiten können
Motoren dieser Art jedoch die Kommutationsleistung, die Ausgangsleistung
usw. in großem
Umfang senken und können
stark unter der Abnutzung der Bürsten
leiden, was zu einer kurzen Standzeit führt. Um diese Probleme zu lösen, muss man
sich der Struktur der Bürsten
annehmen, da eine Grenze für
die reine Leistungssteigerung von Bürstenmaterialien besteht. Ein
Ansatz zur Lösung
der Probleme ist die Schaffung einer Mehrschichtbürste, die
nur von der Form einer Bürste
ausgeht (siehe die japanische Patentveröffentlichung Nr. H06-007505,
Seiten 1 bis 3, 1 und 2).
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In
der Mehrschichtbürste
ist eine Bürste
in zwei oder mehr Teile aufgeteilt, so dass Kurzschlüsse begrenzt
werden können
und die Kommutation verbessert werden kann, indem der Widerstand
an der Auslassseite mit Bezug auf einen Kommutator größer gemacht
wird als der an der Einlassseite.
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Auch
in einer solchen Mehrschichtbürste
kann sich jedoch die Oberfläche
des Kommutators infolge einer langen Laufzeit des Motors schwärzen, so
dass nicht nur Funken nicht mehr zu begrenzen sind, sondern auch
der Kommutator eine ungleichmäßige Oberfläche bekommen
kann, was zu einer Zunahme der Abnutzung der Bürste führt und deren Haltbarkeit beeinträchtigt.
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Bürsten für Automobilmotoren
müssen
auch Haltbarkeit, Abnutzungsbeständigkeit,
Rostbeständigkeit und
geringen elektrischen Verlust aufweisen. Sie werden auch sehr heiß, wenn
das Innere des Motors heiß ist und
eine hohe Bürstenresistivität aufweist.
Somit wird, um die Resistivität
zu senken, eine Metallgraphitbürste verwendet,
die Kupferpulver, Graphit, Blei, Molybdändisulfid, ein Novolak-Phenolharz
und ein Furfuralharz enthält
(siehe die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 07-213022,
Seiten 1 bis 5).
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Bürsten für Automobilmotoren
schließen
auch Bürsten
ein, die Kupferpulver in großer
Menge enthalten. Solche Bürsten
können
bei Oxidation des Kupfers, wenn sie heiß und feucht werden, eine hohe
Resistivität zeigen,
so dass es zu Problemen kommt, wie zu einer Erhöhung des elektrischen Verlusts,
was eine Senkung der Motorleistung (eine Senkung der Ausgangsleistung)
zur Folge hat (siehe die japanische Patentveröffentlichung Nr. 58-029586,
Seiten 1 bis 3).
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Jedoch
ist das als Zusatz verwendete Blei oder Bleioxid schädlich, und
seine Verwendung wurde aus Umweltschutzgründen verboten.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Mehrschichtbürste mit überlegener
Haltbarkeit, die verhindern kann, dass die Motorleistung sinkt,
ohne schädliche
Substanzen wie Blei zu verwenden, und die weniger Abnutzung aufgrund
von mechanischer und elektrischer Funkenbildung der Bürste unterliegt.
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Um
das genannte Ziel zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung
eine Mehrschichtbürste,
die hauptsächlich
aus Kupfer und Graphit besteht und in die ein festes Schmiermittel
aufgenommen wurde, wobei die Bürste
im Wesentlichen aus zwei Arten von Bürsten besteht, einer Teilbürste mit
einem hohen Kupferanteil, die eine große Kupfermenge enthält, und
einer Teilbürste
mit einem niedrigen Kupferanteil, welche eine geringe Kupfermengeenthält, wobei:
mindestens
die Teilbürste
mit dem hohen Kupferanteil Zink in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis
5 Gew.-% enthält
und das Zink und das Kupfer eine Legierung bilden.
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In
der genannten Mehrschichtbürste
kann die Teilbürste
mit dem niedrigen Kupferanteil ferner Zink in einer Menge von 0,1
Gew.-% bis 3 Gew.-% enthalten, und das Zink und das Kupfer können eine
Legierung bilden.
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In
der oben beschriebenen Mehrschichtbürste, in der die Teilbürste mit
niedrigem Kupferanteil ferner Zink enthält, kann die Teilbürste mit
dem hohen Kupferanteil ferner Mangan und/oder Nickel in einer Menge von
0,1 Gew.-% bis 3 Gew.-% enthalten.
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In
der oben beschriebenen Mehrschichtbürste, in der die Teilbürste mit
dem niedrigen Kupferanteil Zink enthält und die Teilbürste mit
dem hohen Kupferanteil ferner Mangan und/oder Nickel enthält, kann
die Teilbürste
mit dem niedrigen Kupferanteil ferner Mangan und/oder Nickel in
einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 3 Gew.-% enthalten.
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In
jeder der oben genannten Mehrschichtbürsten enthält die Teilbürste mit
hohem Kupferanteil den Kupfer in einer Menge von 30 Gew.-% bis 80
Gew.-%, und die Teilbürste
mit niedrigem Kupferanteil enthält
das Kupfer in einer Menge von 10 Gew.-% bis unter 45 Gew.-%.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine Schnittansicht einer Mehrschichtbürste gemäß Beispielen der vorliegenden
Erfindung
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
Mehrschichtbürste
der vorliegenden Erfindung besteht im Wesentlichen aus zwei Arten
von Bürsten,
einer Teilbürste
mit hohem Kupferanteil und einer Teilbürste mit niedrigem Kupferanteil,
die jeweils hauptsächlich
aus Kupfer und Graphit bestehen und in die ein festes Schmiermittel
aufgenommen wurden. Als ein kennzeichnendes Merkmal der vorliegenden
Erfindung enthält
zumindest die Teilbürste
mit dem hohen Kupferanteil Zink in einer bestimmten Menge und das
Zink und das Kupfer bilden eine Legierung.
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Die
Mehrschichtbürste
der vorliegenden Erfindung besteht, wie in 1 dargestellt,
aus einer Teilbürste 2 mit
hohem Kupferanteil und einer Teilbürste 3 mit niedrigem
Kupferanteil und außerdem
einem Leitungsdraht 4. Bei der Verwendung wird die Teilbürste 2 mit
dem hohen Kupferanteil auf die Einlassseite der Drehrichtung N eines
Kommutators gesetzt, und die Teilbürste 3 mit dem niedrigen
Kupferanteil wird auf die Auslassseite der Drehrichtung N des Kommutators
gesetzt. Dies kann die Bildung eines geschwärzten Films auf der Kommutatoroberfläche aufgrund
von Funken verringern und kann über
eine lange Zeit einen gleichmäßigen und
schwärzungsfreien guten
Film aufrechterhalten, um die Kommutation zu verbessern. Übrigens
bezeichnet das Bezugszeichen 1 in 1 die Mehrschichtbürste.
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In
der vorliegenden Erfindung können
als festes Schmiermittel Molybdändisulfid,
Wolframdisulfid und dergleichen verwendet werden. Jedes davon kann
in der Teilbürste
mit hohem Kupferanteil und der Teilbürste mit niedrigem Kupferanteil
jeweils in einer Menge von 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% vorhanden sein,
und stärker bevorzugt
jeweils von 2 Gew.-% bis 4 Gew.-%.
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Das
Zink, das in der Teilbürste
mit hohem Kupferanteil enthalten ist, liegt in einer Menge im Bereich von
0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-%, stärker
bevorzugt von 0,3 Gew.-% bis 4 Gew.-% und noch stärker bevorzugt von
0,5 Gew.-% bis 3,5 Gew.-% in der Teilbürste mit hohem Kupferanteil
vor. Falls die Menge bei unter 0,1 Gew.-% liegt, kann die Motorleistung
stark sinken. Falls die Menge über
5 Gew.-% liegt, kann die Bürste
eine kurze Standzeit haben und der Kommutator kann stark abgenutzt
werden.
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Somit
ist die Mehrschichtbürste
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Mehrschichtbürste, die hauptsächlich aus
Kupfer und Graphit besteht und die ein festes Schmiermittel einschließt, wobei
die Bürste
im Wesentlichen aus zwei Bürstenarten
besteht, der Teilbürste
mit hohem Kupferanteil, die das Kupfer in einer großen Menge
enthält,
und der Teilbürste
mit niedrigem Kupferanteil, die das Kupfer in einer kleinen Menge
enthält,
und in dieser Bürste
enthält
zumindest die Teilbürste
mit dem hohen Kupferanteil Zink in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis
5 Gew.-%, und das Zink und das Kupfer bilden eine Legierung. In
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann Zink ferner optional der Teilbürste mit
niedrigem Kupferanteil zugesetzt werden. Das hinzugefügte Zink
kann vorzugsweise in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 3 Gew.-%, stärker bevorzugt
von 0,2 Gew.-% bis 2,5 Gew.-% und noch stärker bevorzugt von 0,5 Gew.-%
bis 2 Gew.-% in der Teilbürste
mit niedrigem Kupferanteil vorhanden sein.
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Die
Mehrschichtbürste
gemäß den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist durch den Kupferanteil in die Teilbürste mit
hohem Kupferanteil und die Teilbürste
mit niedrigem Kupferanteil aufgeteilt. Unter diesen kann das Kupfer,
das in der Teilbürste
mit hohem Kupferanteil enthalten ist, vorzugsweise in einem Anteil
von 30 Gew.-% bis 80 Gew.-% und stärker bevorzugt von 45 Gew.-%
bis 65 Gew.-% in der Teilbürste
mit dem hohen Kupferanteil vorhanden sein. Andererseits kann das
Kupfer, das in der Teilbürste
mit niedrigem Kupferanteil enthalten ist, in einem Anteil von 10
Gew.-% bis 45 Gew.-% und stärker
bevorzugt von 15 Gew.-% bis 40 Gew.-% in der Teilbürste mit
niedrigem Kupferanteil vorhanden sein.
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In
der oben genannten Teilbürste
mit hohem Kupferanteil und der Teilbürste mit niedrigem Kupferanteil kann
im Hinblick auf die Verbesserung von Standzeit und Leistung zusätzlich zu
den oben genannten Komponenten Mangan, Nickel usw. optional zugesetzt
werden. Mangan, Nickel usw. können
jeweils allein verwendet werden oder können in Form einer Mischung
aus zwei oder mehreren verwendet werden. Mangan, Nickel usw. können jeweils
in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 3 Gew.-% und stärker bevorzugt
von 0,3 Gew.-% bis 2 Gew.-%, jeweils in der Teilbürste mit
hohem Kupferanteil und der Teilbürste
mit niedrigem Kupferanteil enthalten sein. Übrigens können Mangan und Nickel jeweils
als Mischpulver mit anderen Metallen verwendet werden, beispielsweise
als Mischpulver aus Cu-Mn, Cu-Mn-Fe, Cu-Ni, Ag-Ni oder dergleichen
(im Fall von Cu innerhalb eines Bereichs, der die für die Hauptkomponente
Cu angegebene Menge nicht übertrifft).
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Als
Kupfer, das jeweils als die Hauptkomponente in der Teilbürste mit
hohem Kupferanteil und der Teilbürste
mit niedrigem Kupferanteil verwendet wird, kann im Hinblick auf
eine Verbesserung der Ausgangsleistung und eine Verbesserung der
mechanischen Festigkeit vorzugsweise ein elektrolytisches Kupferpulver
mit einer Teilchengröße von 70 μm oder weniger
verwendet werden. Als das Graphit kann vorzugsweise natürliches
Graphit verwendet werden, das gut gewachsene Kristalle und gute
Schmiereigenschaften aufweist. Hinsichtlich des Teilchendurchmessers
des Graphits bestehen keine besonderen Beschränkungen. In der Regel wird
es bevorzugt, Graphit mit einem Teilchendurchmesser von etwa 30 μm bis 200 μm zu verwenden. Übrigens
wird in den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung der durchschnittliche Teilchendurchmesser anhand
eines Verfahrens bestimmt, das für
die übliche
erhältliche
Teilchengrößenverteilungsmessung
anhand einer Laserdiffraktometrie beschrieben wird.
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Um
die Mehrschichtbürste
zu erhalten, werden, um die Teilbürste mit hohem Kupferanteil
und die Teilbürste
mit niedrigem Kupferanteil zu schaffen, Pulver der oben angegebenen
Materialien jeweils in vorgeschriebenen Mengen abgewogen und dann
anhand einer Mischeinrichtung gleichmäßig gemischt, um ein Pulver
mit hohem Kupferanteil und ein Pulver mit niedrigem Pulveranteil
zu erhalten. Danach werden diese Mischpulver separat an den vorgegebenen
Orten in eine Form gefüllt,
um eine Formung bei einem Druck von 200 MPa bis 600 MPa durchzuführen, gefolgt
von Sinterung in einer reduzierenden Atmosphäre und anschließender mechanischer
Bearbeitung auf eine festgelegte Größe. Übrigens bilden das Zink und
das Kupfer während des
genannten Sinterns ebenfalls eine Legierung.
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BEISPIELE
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen ausführlicher
beschrieben.
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Beispiele 1 bis 3
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Elektrolytisches
Kupferpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von
30 μm (Markennahme:
CE-25, erhältlich
von Fukuda Kinzokuhakufun Kogyo K.K.) und Zinkpulver mit einem durchschnittlichen
Teilchendurchmesser von 30 um wurden in den in Tabelle 1 dargestellten
Zusammensetzungsanteilen abgewogen, und diese
wurden zuerst 10 Minuten lang mit einer Mischeinrichtung gemischt.
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Getrennt
von den obigen wurden 80 Gew.-% natürliches Graphitpulver mit einem
durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 30 μm (Markenname CB-150, erhältlich von
Nippon Kokuen Kogyo K.K.) und 20 Gew.-% Phenolharz (Markenname VP11N,
erhältlich
von Hitachi Chemical Co., Ltd.) verknetet, und das erhaltene Knetprodukt
wurde getrocknet und dann pulverisiert, um ein mit Harz gemischtes
Graphitpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von
150 μm zu
erhalten. Danach wurden das zuvor 10 Minuten lang gemischte Pulver,
das wie oben beschrieben erhalten worden war, das mit Harz gemischte
Graphitpulver und Molybdändisulfid
mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 μm in den
in Tabelle 1 dargestellten Zusammensetzungsanteilen abgewogen und
diese wurden dann 1 Stunde lang anhand einer Mischeinrichtung gemischt,
um Pulver mit hohem Kupferanteil zu erhalten.
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Gleichzeitig
wurden das gleiche elektrolytische Kupferpulver und das gleiche
mit Harz gemischte Graphitpulver und das gleiche Molybdändisulfid,
die oben verwendet wurden, in den in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungsanteilen
abgewogen, und dann 1 Stunde lang anhand einer Mischeinrichtung
gemischt, um Pulver mit niedrigem Kupferanteil zu erhalten.
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Übrigens
ist in Tabelle 1 die Menge des untergemischten Graphits die Menge
an natürlichem
Graphit ausschließlich
des Phenolharzes (ebenso wie in den nachstehend angegebenen Beispielen
und Vergleichsbeispielen).
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Entsprechend
der Gestalt der gewünschten
Bürste
wurden dann die Pulver mit hohem Kupferanteil und die Pulver mit
niedrigem Kupferanteil, die wie oben beschrieben erhalten worden
waren, an den vorgegebenen Orten jeweils separat in eine Form gefüllt, und
außerdem
wurde ein Leitungsdraht am vorgegebenen Ort angebracht. Danach wurde
eine Formung bei einem Druck von 392 MPa durchgeführt, und
die Temperatur wurde über
einen Zeitraum von 3 Stunden in reduzierender Atmosphäre auf 700 °C erhöht, wo eine
Sinterung bei 700 °C
durchgeführt
wurde. Dann wurden die erhaltenen gesinterten Produkte mechanisch
jeweils so bearbeitet, dass die Teilbürste mit dem hohen Kupferanteil
Außenabmessungen
von 16 mm × 15
mm × 5
mm Dicke aufwies und die Teilbürste
mit niedrigem Kupferanteil 16 mm × 15 × 2 mm Dicke aufwies, was Mehrschichtbürsten mit
einer Größe von jeweils
16 mm × 15
mm × 7
mm Dicke ergab (in den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen
wurden ebenfalls Mehrfachbürsten
mit der gleichen Größe erhalten).
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Beispiele 4 bis 6
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Pulver
mit hohem Kupferanteil wurden durch die gleichen Schritte wie in
den Beispielen 1 bis 3 erhalten.
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Gleichzeitig
wurden das gleiche elektrolytische Kupferpulver und das gleiche
Zinkpulver wie diejenigen, die in den Beispielen 1 bis 3 verwendet
wurden, in den in Tabelle 1 dargestellten Zusammensetzungsanteilen
abgewogen und dann zunächst
10 Minuten lang anhand einer Mischeinrichtung gemischt. Danach wurden
dieses vorab gemischte Pulver, das gleiche mit Harz gemischte Graphitpulver
wie das in den Beispielen 1 bis 3 erhaltene und das gleiche Molybdändisulfid
wie das in den Beispielen 1 bis 3 verwendete in den in Tabelle 1
dargestellten Zusammensetzungsanteilen abgewogen und dann erneut
1 Stunde lang anhand einer Mischeinrichtung gemischt, um Pulver
mit niedrigem Kupferanteil zu erhalten.
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Anschließend wurden
die gleichen Schritte des Formens usw. durchgeführt wie in den Beispielen 1
bis 3, um Mehrschichtbürsten
zu erhalten.
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Beispiel 7 bis 10
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Das
gleiche elektrolytische Kupferpulver und das gleiche Zinkpulver
wie diejenigen, die in den Beispielen 1 bis 3 verwendet wurden,
wurden in den in Tabelle 1 dargestellten Zusammensetzungsanteilen
abgewogen und dann zunächst
10 Minuten lang anhand einer Mischeinrichtung gemischt. Danach wurden
dieses vorab gemischte Pulver, das gleiche mit Harz gemischte Graphitpulver
wie das in den Beispielen 1 bis 3 erhaltene, das gleiche Molybdändisulfid
wie das in den Beispielen 1 bis 3 verwendete und Manganpulver mit
einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 40 μm in den
in Tabelle 1 dargestellten Zusammensetzungsanteilen abgewogen und
dann erneut 1 Stunden lang anhand einer Mischeinrichtung gemischt,
um Pulver mit hohem Kupferanteil zu erhalten.
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Gleichzeitig
wurden Pulver mit niedrigem Kupferanteil durch die gleichen Schritte
wie in den Beispielen 1 bis 3 erhalten.
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Anschließend wurden
die gleichen Schritte des Formens usw. durchgeführt wie in den Beispielen 4
bis 6, um Mehrschichtbürsten
zu erhalten.
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Beispiele 11 bis 13
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Das
gleiche elektrolytische Kupferpulver und das gleiche Zinkpulver
wie diejenigen, die in den Beispielen 1 bis 3 verwendet wurden,
wurden in den in Tabelle 1 dargestellten Zusammensetzungsanteilen
abgewogen und dann zunächst
10 Minuten lang anhand einer Mischeinrichtung gemischt. Danach wurden
dieses vorab gemischte Pulver, das gleiche mit Harz gemischte Graphitpulver
wie das in den Beispielen 1 bis 3 erhaltene, das gleiche Molybdändisulfid
wie das in den Beispielen 1 bis 3 verwendete und Nickel-pulver mit
einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 30 μm in den
in Tabelle 1 dargestellten Zusammensetzungsanteilen abgewogen und
dann erneut 1 Stunden lang anhand einer Mischeinrichtung gemischt,
um Pulver mit hohem Kupferanteil zu erhalten.
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Gleichzeitig
wurden Pulver mit niedrigem Kupferanteil durch die gleichen Schritte
wie in den Beispielen 4 bis 6 erhalten.
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Anschließend wurden
die gleichen Schritte des Formens usw. durchgeführt wie in den Beispielen 1
bis 3, um Mehrschichtbürsten
zu erhalten.
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Beispiel 14 und 15
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Pulver
mit hohem Kupferanteil wurden durch die gleichen Schritte wie in
den Beispielen 7 bis 10 erhalten.
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Gleichzeitig
wurden das gleiche elektrolytische Kupferpulver und das gleiche
Zinkpulver wie diejenigen, die in den Beispielen 1 bis 3 verwendet
wurden, in den in Tabelle 1 dargestellten Zusammensetzungsanteilen
abgewogen und dann zunächst
10 Minuten lang anhand einer Mischeinrichtung gemischt. Danach wurden
dieses vorab gemischte Pulver, das gleiche mit Harz gemischte Graphitpulver
wie das in den Beispielen 1 bis 3 erhaltene, das gleiche Molybdändisulfid
wie das in den Beispielen 1 bis 3 verwendete und das gleiche Manganpulver
wie das in den Beispielen 7 bis 10 verwendete in den in Tabelle
1 dargestellten Zusammensetzungsanteilen abgewogen und dann erneut
1 Stunden lang anhand einer Mischeinrichtung gemischt, um Pulver
mit hohem Kupferanteil zu erhalten.
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Anschließend wurden
die gleichen Schritte des Formens usw. durchgeführt wie in den Beispielen 1
bis 3, um Mehrschichtbürsten
zu erhalten.
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Vergleichsbeispiel 1
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Das
gleiche elektrolytische Kupferpulver wie dasjenige, das in den Beispielen
1 bis 3 verwendet wurde, das gleiche mit Harz gemischte Graphitpulver
wie das in den Beispielen 1 bis 3 erhaltene, das gleiche Molybdändisulfid
wie das in den Beispielen 1 bis 3 verwendete wurden in den beiden
verschiedenen Arten von Zusammensetzungsanteilen, die in Tabelle
1 dargestellt sind, abgewogen, und diese wurden 1 Stunde lang anhand
einer Mischeinrichtung gemischt, um ein Pulver mit hohem Kupferanteil
und ein Pulver mit niedrigem Kupferanteil zu erhalten, die beide
kein Zink enthielten.
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Anschließend wurden
die gleichen Schritte des Formens usw. durchgeführt wie in den Beispielen 1
bis 3, um Mehrschichtbürsten
zu erhalten.
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Vergleichsbeispiel 2
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Das
gleiche elektrolytische Kupferpulver wie dasjenige, das in den Beispielen
1 bis 3 verwendet wurde, das gleiche mit Harz gemischte Graphitpulver
wie das in den Beispielen 1 bis 3 erhaltene, das gleiche Molybdändisulfid
wie das in den Beispielen 1 bis 3 verwendete wurden in den beiden
verschiedenen Arten von Zusammensetzungsanteilen, die in Tabelle
1 dargestellt sind, abgewogen, und diese wurden 1 Stunden lang anhand
einer Mischeinrichtung gemischt, um ein Pulver mit hohem Kupferanteil
und ein Pulver mit niedrigem Kupferanteil zu erhalten, die beide
kein Zink enthielten.
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Anschließend wurden
die gleichen Schritte des Formens usw. durchgeführt wie in den Beispielen 1
bis 3, um Mehrschichtbürsten
zu erhalten.
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Vergleichsbeispiel 3
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Ein
Pulver mit hohem Kupferanteil und ein Pulver mit niedrigem Kupferanteil
wurden durch die gleichen Schritte erhalten wie in den Beispielen
1 bis 3 dargestellt, außer
dass Materialien verwendet und in Zusammensetzungsanteilen abgewogen
wurden, die in Tabelle 1 dargestellt sind.
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Anschließend wurden
die gleichen Schritte des Formens usw. durchgeführt wie in den Beispielen 1
bis 3, um Mehrschichtbürsten
zu erhalten, die einen Zinkanteil von 6 Gew.-% aufwiesen.
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Dann
wurde ein Hochstrom-Zyklustest mit den in den Beispielen 1 bis 5
und in den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 erhaltenen Mehrschichtbürsten durchgeführt, um
eine Bewertung des Spannungsabfalls und des Änderungswerts des Spannungsabfalls
durchzuführen.
Unter Verwendung dieser Mehrschichtbürsten wurde auch ein Praxisdauertest
auf Startermotoren für
Kraftfahrzeuge durchgeführt,
um eine Bewertung der Standzeit der Bürste, der Leistungsverschlechterungsrate
und der Kommutatorabnutzung durchzu führen. Die erhaltenen Ergebnisse
sind in der Tabelle 2 dargestellt. Prüfung und Bewertung jedes Punkts
wurden auf die folgende Weise durchgeführt.
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Um
einen Hochstrom-Zyklustest der Mehrschichtbürsten durchzuführen, wurde
eine Testeinrichtung mit einem Kupferring mit einem Durchmesser
von 80 mm verwendet. In einem Wiederholungsbetrieb mit einer Stromdichte
von 140 A/cm2, einer Bürstenandrückkraft von 7 N und einer Umdrehungszahl
von 0 bis 7000 min–1 wurde die Differenz
der Spannung zwischen jeder Mehrschichtbürste und dem Kupferring gemessen, und
der gemessene Wert wurde als Spannungsabfall betrachtet. Der Änderungswert
des Ausgangswerts nach einem 6-stündigen Test wurde als Änderungswert
des Spannungsabfalls betrachtet.
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Was
den Praxisdauertest auf Automobilstartermotoren betrifft, so wurde
ein 1,4 kW-Startermotor an eine 1,8 Liter-Benzinermaschine angeschlossen,
und der Motor wurde über
10 000 Zyklen (Wiederholung von EIN für Sekunden und AUS für zehn Sekunden)
angetrieben. Die Standzeit der Bürste
wurde aus der Differenz der Größe nach
dem Test zur Größe vor dem
Test bestimmt. Die Leistungsverschlechterungsrate ist der Wert, der
sich aus einer Differenz des Ausgangsleistungskennwerts zwischen
dem vor dem genannten Standzeittest und dem danach ergibt und wird
in Prozent ausgedrückt.
Die Kommutatorabnutzung ist der Wert, der sich aus der Differenz
der Abnutzung zwischen der Abnutzung vor dem obigen Standzeittest
und der danach ergibt und wird in Prozent ausgedrückt.
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Wie
in Tabelle 2 dargestellt, ist deutlich, dass die Mehrschichtbürsten der
Beispiele 1 bis 15 einen geringen Spannungsabfall und kleine Änderungswerte
des Spannungsabfalls zeigen, und dass sie, wie in der herkömmlichen
Mehrschichtbürste
des Vergleichsbeispiels 1, dem Blei zugesetzt wurde, eine gute Bürstenstandzeit
und Aus gangsleistungs-Verschlechterungsrate zeigen und weniger
Abnutzung am Kommutator bewirken, wodurch sie alle die Standardbewertungswerte
erfüllen.
Dagegen wurde festgestellt, dass die Mehrschichtbürste von
Vergleichsbeispiel 2, der kein Zink zugesetzt wurde, einen hohen Änderungswert
des Spannungsabfalls und eine sehr schlechte Ausgangsleistungs-Verschlechterungsrate
von immerhin 15 % zeigt und dass die Mehrschichtbürste von
Vergleichsbeispiel 3, in der 6 Gew.-% Zink in der Teilbürste mit
hohem Kupferanteil enthalten sind, einen hohen Änderungswert des Spannungsabfalls
zeigt und auch eine kurze Lebensdauer von lediglich 28 000 Durchgängen hat
und eine starke Kommutatorabnutzung von immerhin 450 μm verursacht.
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Wie
oben beschrieben, werden angesichts der verschiedenen Daten, die
in dem oben beschriebenen Starkstromzyklustest und dem Praxisdauertest
erhalten wurden, Mehrschichtbürsten
bereitgestellt, die Werte aufweisen, die bei einem Spannungsabfall
von 0,30 bis 0,65 (V), einem Spannungsabfalls-Änderungswert von 0,01 bis 0,15
(V) und einer Kommutatorabnutzung von 8 bis 190 (μm) liegen.
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Somit
handelt es sich bei der Mehrschichtbürste der vorliegenden Erfindung
um eine Mehrschichtbürste
mit überlegener
Haltbarkeit, die einen großen
industriellen Nutzen aufweist und die die Bildung eines geschwärzten Films
auf der Kommutatoroberfläche
aufgrund von Funken verringern kann, wodurch verhindert wird, dass
die Motorleistung sinkt, und die weniger Abnutzung aufgrund mechanischer
und elektrischer Funkenbildung an der Bürste unterliegt.