DE60222517T2

DE60222517T2 - Metall-Graphit Bürste

Info

Publication number: DE60222517T2
Application number: DE60222517T
Authority: DE
Inventors: Takayoshi Otani; Mitsuo Ikeda; Yoichi Sakaura; Takahiro Sakamoto; Youichi Ama-gun Murakami; Kyoji Toyota City Inukai; Yasuyuki Kariya-city Wakahara; Masami Handa-city Niimi
Original assignee: Tris Inc; Denso Corp
Current assignee: Tris Inc; Denso Corp
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2022-10-24
Also published as: JP2003133024A; US20030107294A1; KR20030034022A; KR100729483B1; US6700292B2; EP1306935A3; EP1306935A2; EP1306935B1; ATE373883T1; JP3770476B2; DE60222517D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Metallgraphitbürsten, die in Elektromotoren für Kraftfahrzeuge usw. verwendet werden, und insbesondere Pb-freie Metallgraphitbürsten.
Stand der Technik
Metallgraphitbürsten sind als Bürsten für den Niederspannungsbetrieb, beispielsweise als Bürsten für Elektromotoren in Kraftfahrzeugen, verwendet worden. Sie werden hergestellt, indem Graphit und ein Metallpulver, wie beispielsweise Kupferpulver, vermischt, geformt und das Gemisch gesintert wird. Da sie bei niedrigen Spannungen betrieben werden, wird ihr spezifischer Widerstand durch Zugabe eines Metallpulvers mit niedrigem Widerstand gesenkt. Ein Metallsulfid-Festschmierstoff, wie beispielsweise Molybdändisulfid oder Wolframdisulfid, und Pb werden den Metallgraphitbürsten in vielen Fällen beigegeben. Zum Beispiel bei Bürsten für schwere Lasten, wie beispielsweise Bürsten für Anlasser, werden in den meisten Fällen Pb und ein Metallsulfid-Festschmierstoff beigegeben. Eine solche Bürste ist bekannt, und es wird beschrieben, dass die Schmierleistungen von Verbundmaterialien, die Graphit und Festschmierstoffe, wie beispielsweise MoS2, WS2 usw., enthalten, ausgezeichnet sind und ihre Wirkungen als Schleifkontakte erwartet werden und breite Anwendung finden (WATANABE in „Sliding Contact Characteristics Between Self-lubricating Composite Materials and Copper"; IEEE Transactions an Components, Hybrids, and Manufacturing Technology, IEEE INC. NEW YORK, USA, Bd. 16, Nr. 4, 1. Juni 1993 (1993-06-01), Seiten 442–448).
In den letzten Jahren hat Pb mehr Aufmerksamkeit als einer der Stoffe, die die Umwelt schädigen, auf sich gezogen, und die Nachfrage nach Pb-freien Bürs ten ist gestiegen. Natürlich sind Bürsten, die kein Blei enthalten, bis heute erhältlich und sie werden in einigen Motoren außer Anfahrmotoren bzw. Anlassern verwendet. Es können sogar manche Bürsten für Anlasser verwendet werden, indem man einfach das Pb aus ihnen entfernt, vorausgesetzt, dass sie unter normalen Betriebsbedingungen verwendet werden. Zur Verbesserung der Schmiereigenschaften ohne Pb schlägt die japanische Offenlegungsschrift Hei 5-226048 ( US-PS 5 270 504 ) vor, ein Metall mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer so zu vermischen, dass das Kupfer und das Metall keine Legierung eingehen. Die vorliegenden Erfinder haben allerdings festgestellt, dass bei Metallgraphitbürsten, bei denen ein Metallsulfid-Festschmierstoff zu Kupfer und Graphit gegeben wird, die Entfernung von Pb zu einer Erhöhung des Anschlusskabelverbindungswiderstands bei hoher Temperatur oder hoher Feuchtigkeit führt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Erhöhung des Anschlusskabel- bzw. Bleiverbindungswiderstands einer Pb-freien Metallgraphitbürste sogar bei hoher Feuchtigkeit zu steuern.
Eine sekundäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zusätzlich zur Erhöhung des Anschlusskabel- bzw. Bleiverbindungswiderstands die Erhöhung des spezifischen Widerstands des Bürstenkorpus bei hoher Feuchtigkeit zu steuern.
Eine weitere sekundäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Erhöhung des Anschlusskabelverbindungswiderstands mittels einer kleinen Indiummenge zu steuern.
In der vorliegenden Erfindung ist eine Metallgraphitbürste, die einen Kupfergraphit-Bürstenkorpus, dem ein Metallsulfid-Festschmierstoff beigegeben ist, und ein in den Kupfergraphit-Bürstenkorpus eingebettetes Anschlusskabel bzw. Blei umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass Indium mindestens einer Kontaktfläche zwischen dem Bürstenkorpus und dem Anschlusskabel beigegeben ist.
Vorzugsweise ist Indium in einer Konzentration von 0,4–8 Gew.-% im Wesentlichen dem ganzen Bürstenkorpus beigegeben.
Bevorzugt wird Indium in der Umgebung des Anschlusskabels im Bürstenkorpus beigegeben und kein Indium wird in der Umgebung eines Abschnitts des Bürstenkorpus, mit dem sich ein Kommutator eines elektrischen Drehankers in Kontakt befinden soll, beigegeben.
Vorzugsweise ist eine Indiumquelle in mindestens einem Abschnitt des Anschlusskabels, das in dem Bürstenkorpus eingebettet ist, vorgesehen, um so Indium der Kontaktfläche zwischen dem Bürstenkorpus und dem Anschlusskabel zuzuführen.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Metallsulfid-Festschmierstoff um mindestens ein Element einer Gruppe, die Molybdändisulfid und Wolframdisulfid umfasst, und die Konzentration des Metallsulfid-Festschmierstoffs beträgt 1 bis 5 Gew.-%.
Das Anschlusskabel ist bevorzugt ein nicht-elektroplattiertes Kupferanschlusskabel.
Gemäß den Experimenten der vorliegenden Erfinder wird die Erhöhung des Anschlusskabelverbindungswiderstands bei hoher Feuchtigkeit den Einflüssen des Metallsulfid-Festschmierstoffs zugeschrieben. Wenn der Metallsulfid-Festschmierstoff nicht beigegeben wurde, erhöhte sich der Anschlusskabelverbindungswiderstand selbst bei hoher Feuchtigkeit nicht wesentlich. Das hängt mit dem Vorhandensein oder Fehlen von Pb zusammen. Bei Zugabe von Pb erhöhte sich der Anschlusskabelverbindungswiderstand kaum. Bei Pb-freien Bürsten zeigten entsprechend der Erhöhung des Anschlusskabelverbindungswiderstands das Kupferpulver und das im Bürstenkorpus eingebettete Anschlusskabel bei hoher Feuchtigkeit eine größere Neigung zum Oxidieren.
Der Metallsulfid-Festschmierstoff, wie beispielsweise Molybdändisulfid oder Wolframdisulfid, wird vom Designer der Bürste zugegeben, aber damit Bürsten eine lange Betriebsdauer haben, ist der Metallsulfid-Festschmierstoff unverzichtbar. Ohne Metallsulfid-Festschmierstoff kann ein übermäßiger Abrieb erzeugt werden. Insbesondere fällt dieses Phänomen bei Anlasserbürsten auf, denen Pb beigegeben wurde. Wenn Pb und der Metallsulfid-Festschmierstoff gleichzeitig eliminiert werden, wird die Betriebsdauer der Bürste erheblich verringert. Daher kann in vielen Fällen der Metallsulfid-Festschmierstoff nicht aus Pb-freien Bürsten entfernt werden.
Die vorliegenden Erfinder schätzten den Mechanismus, durch den der Metallsulfid-Festschmierstoff die Oxidation des Kupferpulvers und des eingebetteten Anschlusskabels bei hoher Feuchtigkeit beschleunigt, wie folgt ein: Zum Zeitpunkt des Sinterns der Bürsten wird Schwefel aus dem Metallsulfid-Festschmierstoff, der der Bürste beigegeben wurde, freigesetzt und der Schwefel adsorbiert an der Kupferoberfläche unter Erzeugung von Kupfersulfid. Wenn bei hoher Feuchtigkeit Nässe auf das Kupfersulfid einwirkt, entsteht stark saures Kupfersulfat, das das Kupferpulver und das Blei stark korrodiert.
Der Mechanismus, durch den Pb die Oxidation des Kupferpulvers und des eingebetteten Anschlusskabels in der Bürste verhindert, ist nicht genau bekannt. Die vorliegenden Erfinder schätzten, dass das in der Bürste enthaltene Pb zum Zeitpunkt des Sinterns teilweise verdampft und die Kupferoberfläche in Form einer sehr dünnen Pb-Schicht überzieht. Und diese Pb-Schicht schützt das innen liegende Kupfer vor Sulfationen usw.
Die vorliegenden Erfinder suchten nach Stoffen, die anstelle von Pb die Erhöhungen des Anschlusskabelverbindungswiderstands und des spezifischen Widerstands des Bürstenkorpus bei hoher Feuchtigkeit verhindern können. Als einzi ges wurde Indium als wirksam bei der Verhinderung der Erhöhung des Anschlusskabelverbindungswiderstands und des spezifischen Widerstands des Bürstenkorpus bei hoher Feuchtigkeit gefunden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Indium mindestens der Kontaktfläche zwischen dem Bürstenkorpus und dem Anschlusskabel beigegeben, und die Erhöhung des Anschlusskabelverbindungswiderstands bei hoher Feuchtigkeit kann verhindert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Indium im Wesentlichen dem ganzen Bürstenkorpus beigegeben und die Erhöhung des spezifischen Widerstands des Bürstenkorpus sowie die Erhöhung des Anschlusskabelverbindungswiderstands können verhindert werden. Wenn die Indiumkonzentration 0,4 bis 8 Gew.-% beträgt, können die Erhöhung des Anschlusskabelverbindungswiderstands und die Erhöhung des spezifischen Widerstands ausreichend reduziert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da Indium lokal in der Umgebung des einzubettenden Anschlusskabels beigegeben wird, die Verwendung von Indium niedrig gehalten werden.
Außerdem kann gemäß der vorliegenden Erfindung, da Indium vom Anschlusskabel zugeführt wird, die Verwendung von Indium niedrig gehalten werden.
In Bezug auf den Metallsulfid-Festschmierstoff wird zum Beispiel Molybdändisulfid oder Wolframdisulfid verwendet. Wenn dessen Zugabe 1 bis 5 Gew.-% beträgt, kann eine gute Schmierung erhalten werden.
Die Verhinderung der Oxidation, die durch den Metallsulfid-Festschmierstoff bewirkt wird, ist besonders wichtig, wenn für das Anschlusskabel das nicht-elektroplattierte Kupferanschlusskabel, das zur Oxidation neigt, verwendet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Metallgraphitbürste einer Ausführungsform.
2 ist eine Schnittansicht einer Metallgraphitbürste einer Modifikation.
3 zeigt schematisch den Formvorgang der Metallgraphitbürste der Modifikation.
4 ist eine Schnittansicht einer Metallgraphitbürste einer zweiten Modifikation.
5 zeigt schematisch ein Anschlusskabel, das in der zweiten Modifikation verwendet wird.
Ausführungsform
1 zeigt eine Metallgraphitbürste 2 der Ausführungsform, und nachfolgend wird die Metallgraphitbürste einfach als Bürste bezeichnet. Die Bürste wird beispielsweise als Bürste für Elektromotoren in Kraftfahrzeugen verwendet, beispielsweise als eine Bürste für einen Anlasser. Mit 4 ist ein Bürstenkorpus bezeichnet, der Graphit, Kupfer, einen Metallsulfid-Festschmierstoff und Indium enthält. Mit 6 ist ein Anschlusskabel bezeichnet, wobei das Anschlusskabel bei dieser Ausführungsform ein Litzendraht oder eine Litze aus nicht-elektroplattierten Kupferdrähten ist, aber es kann auch ein Kupferanschlusskabel, dessen Draht mit Nickel usw. elektroplattiert ist, verwendet werden. Mit 7 ist eine Fläche bezeichnet, die den Kommutator eines Drehankers kontaktiert. Mit 8 ist ein anschlusskabelseitiger Abschnitt bezeichnet. Die Bürste 2 wird hergestellt, indem das obere Ende eines Anschlusskabels 6 in das gemischte Pulver eingesetzt, das Gemisch geformt und das Formstück in einer reduzierenden Atmosphäre oder dergleichen gesintert wird.
Der Metallsulfid-Festschmierstoff kann beispielsweise Molybdändisulfid oder Wolframdisulfid sein. Die Zugabe im Bürstenkorpus 4 beträgt vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-%. Wenn die Zugabe unter 1 Gew.-% liegt, reicht die Schmierwirkung nicht aus. Wenn die Zugabe 5 Gew.-% übersteigt, nimmt der spezifische Widerstand der Bürste zu. Dem Bürstenkorpus 4 wird kein Blei zugegeben, und es wird ihm Indium zugesetzt, um die Erhöhung des spezifischen Widerstands und des Anschlusskabelverbindungswiderstands aufgrund des Metallsulfid-Festschmierstoffs bei hoher Feuchtigkeit zu verhindern. Die Zugabe von Indium beträgt vorzugsweise 0,4 bis 8 Gew.-%. Wenn die Zugabe 0,3 Gew.-% beträgt, hat Indium einige Wirkungen auf die Steuerung der Erhöhung des spezifischen Widerstands und des Anschlusskabelverbindungswiderstands, um diesen aber ausreichend zu verhindern, wird vorzugsweise 0,4 Gew.-% oder mehr zugesetzt. Da es sich bei Indium um ein teures Element handelt, ist die Zugabe von 8 Gew.-% oder mehr nicht wirtschaftlich.
Es sollte beachtet werden, dass Ausdrücke wie beispielsweise „keine Zugabe" oder „im Wesentlichen nicht enthalten" angeben, dass der Pb-Gehalt oder der Gehalt eines Metallsulfid-Festschmierstoffs nicht höher als der Verunreinigungspegel liegt. Der Verunreinigungspegel von Pb beträgt 0,2 Gew.-% oder weniger, und der Verunreinigungspegel eines Metallsulfid-Festschmierstoffs beträgt 0,1 Gew.-% oder weniger. Indium ist ein seltenes Element und sein Verunreinigungspegel ist äußerst niedrig. Indium wird im Prinzip in Form eines Metallpulvers beigegeben. Es kann teilweise oxidiertes Indiumpulver verwendet werden. Die Zugabe wird durch eine reduzierte Metallmenge definiert.
2 zeigt eine Bürste 12 einer Modifikation. Bei dieser Bürste 12 wird Indium, bei dem es sich um ein Edelelement handelt, nur nahe dem Abschnitt 8 in die Seite des Anschlusskabels 6 beigegeben, und der Fläche 7, die mit dem Kommutator in Kontakt ist, wird kein Indium zugegeben. So wird die verwendete Indiummenge reduziert. Bei dieser Bürste 12 kann die Erhöhung des Anschlusskabelverbindungswiderstands bei hoher Feuchtigkeit verhindert werden. In 2 ist mit 14 ein kommutatorseitiger Abschnitt bezeichnet, der Kupfer, Graphit und einen Metallsulfid-Festschmierstoff umfasst. Mit 16 ist ein anschlusskabelseitiger Abschnitt be zeichnet, in den das Anschlusskabel eingebettet ist, und der anschlusskabelseitige Abschnitt umfasst Kupfer, Graphit und Indium oder Kupfer, Graphit, Indium und einen Metallsulfid-Festschmierstoff. Selbst wenn der Metallsulfid-Festschmierstoff nicht zu dem anschlusskabelseitigen Abschnitt 16 gegeben wird, kommen Sulfationen oder dergleichen vom kommutatorseitigen Abschnitt 14, und der Metallsulfid-Festschmierstoff auf Verunreinigungspegel im anschlusskabelseitigen Abschnitt 16 übt einige Wirkungen aus. Demgemäß ist die Indiumzugabe erforderlich.
Indium wird mindestens nahe dem Abschnitt 8 in der Seite des Anschlusskabels 6 zugesetzt. Zum Beispiel wird ein Metallgraphitpulver, dem Indium beigegeben ist, zum Anhaften am oberen Ende eines Anschlusskabels gebracht. Dann wird dieses Anschlusskabel in das Bürstenmaterial, dem kein Indium beigegeben ist, eingesetzt, und das Bürstenmaterial und das Anschlusskabel werden einer Formgebung unterworfen. In einem solchen Fall ist die Grenze zwischen einem Abschnitt mit Indium und einem Abschnitt ohne Indium nicht eindeutig. Daher ist die Indiumkonzentration im Bürstenmaterial nahe der Kontaktfläche zwischen dem Anschlusskabel 6 und dem Bürstenkorpus als Indiumkonzentration in dem anschlusskabelseitigen Abschnitt definiert. Die Beschreibung der Bürste 2 in 1 trifft auch auf die Bürste 12 der 2 zu, wenn nicht anders angegeben, und die Indiumkonzentration im anschlusskabelseitigen Abschnitt 16 beträgt vorzugsweise 0,4 bis 8 Gew.-%.
Die Bürste 12 der 2 wird beispielsweise wie in 3 gezeigt hergestellt. Es wird ein festes Gesenk 30 zum Beispiel mit einem Paar von unteren beweglichen Gesenken 31, 32, vorgesehen. Ein Abschnitt, der dem anschlusskabelseitigen Abschnitt entspricht, wird zuerst vom unteren beweglichen Gesenk 32 blockiert. Dann wird ein indium-freies Pulvermaterial 36 aus einem ersten Trichter 33 zugeführt. Als Nächstes wird das untere bewegliche Gesenk 32 zurückgezogen und ein Pulvermaterial 38, dem Indium beigegeben ist, wird aus einem zweiten Trichter 34 zugeführt. Danach wird ein oberes bewegliches Gesenk 35, aus dessen oberem Ende das Anschlusskabel 6 herausgezogen wird, so abgesenkt, dass das obere Ende des Anschlusskabels 6 eingebettet wird, dann erfolgt ein integrales Formen.
Auf diese Weise werden sowohl der kommutatorseitige Abschnitt als auch der anschlusskabelseitige Abschnitt integral geformt, und gleichzeitig wird das obere Ende des Anschlusskabels geformt. Wenn das Formstück in einer reduzierenden Atmosphäre oder dergleichen gesintert wird, wird die Bürste 12 erhalten.
4 und 5 zeigen eine zweite Modifikation. Mit 42 ist eine neue Metallgraphitbürste bezeichnet. Es wird dem Pulvermaterial für den Bürstenkorpus 44 kein Indium zugegeben. Ein Anschlusskabel 46, bei dem es sich um einen Litzenkupferdraht oder eine Kupferlitze handelt, wird durch einen Spender oder den Kopf eines Tintenstrahldruckers mit Indiumlötcreme betüpfelt. Die Tupfen werden als Indiumquellen 48 verwendet. Die Indiumquellen 48 sind auf einem Abschnitt des Anschlusskabels 46 vorgesehen, wobei der Abschnitt in den Bürstenkorpus 44 einzubetten ist. Zum Beispiel sind Tupfen auf dem Anschlusskabel 46 in dessen Längsrichtung an mehreren Stellen, zum Beispiel 3 oder 4 Stellen, seines Umfangs angeordnet.
Das Anschlusskabel 46 mit den Indiumquellen 48 wird dazu verwendet, die Bürste 42 auf ähnliche Weise wie jene der herkömmlichen Bürste zu formen und zu sintern. Im Verlauf des Sinterns verdampft oder diffundiert die Lötcreme der Pb-Quellen 48 und überzieht die Oberfläche des Anschlusskabels 46. Sie diffundiert auch durch die Kontaktfläche zwischen dem Anschlusskabel 46 und dem Bürstenkorpus in das Metall-Graphit des Bürstenkorpus und überzieht die Oberflächen des Kupferpulvers im Metallgraphit. Bei dieser Modifikation kann mit einer kleinen Indiummenge die Erhöhung des Anschlusskabelverbindungswiderstands verhindert werden. Als Alternative dazu kann ein Kupferanschlusskabel oder dergleichen, von dem ein Abschnitt, der im Bürstenkorpus einzubetten ist, mit Indium elektroplattiert ist, verwendet werden. Die Beschreibung der Bürste 2 der 1 gilt auch für die Bürste 42 der 4, wenn nicht anders angegeben.
Beispiele
Nachfolgend werden Beispiele für den Test beschrieben. Bei der Konfiguration der Bürste handelt es sich um eine, die in 1 gezeigt ist. Die Höhe H des Bürstenkorpus 4 beträgt 13,5 mm, die Länge L beträgt 13 mm und die Breite W beträgt 6,5 mm. Das Anschlusskabel 6 ist ein Litzendraht aus nicht-elektroplattierten Kupferdrähten. Sein Durchmesser beträgt 3,5 mm und die Tiefe seines eingebetteten Abschnitts beträgt 5,5 mm.
(Beispiel 1)
Zwanzig Gewichtsteile eines Phenolharzes vom Novolaktyp, die in 40 Gewichtsteilen Methanol aufgelöst waren, wurden mit 100 Gewichtsteilen flockenartigen Naturgraphits gemischt. Sie wurden mit einem Mischer homogen vermischt und Methanol wurde mit einer Trockeneinrichtung aus dem Gemisch herausgetrocknet. Der Rückstand wurde mit einem Prallbrecher zerkleinert und mit einem Sieb mit einer Durchgangsweite von 80 mesh (einem 198 μm Durchgangssieb) gesiebt, um ein kunstharzveredeltes Graphitpulver zu erhalten.
66,5 Gewichtsteile elektrolytischer Kupfer, dessen mittlere Teilchengröße 30 μm betrug, 3 Gewichtsteile Molybdändisulfidpulver und 0,5 Gewichtsteile Indiumpulver wurden zu 30 Gewichtsteilen des kunstharzveredelten Graphitpulvers gegeben. Sie wurden mit einem V-Mischer homogen vermischt, um ein Pulvermaterial zu erhalten. Das hergestellte Pulver wurde von einem Trichter in Formen gegeben und das Pulver wurde unter einem Druck von 4 × 10⁸ Pa (4 × 9800 N/cm²) so geformt, dass das obere Ende des Anschlusskabels 6 in das Formstück eingebettet ist, und das Formstück wurde in einer reduzierenden Atmosphäre in einem Elektroofen bei 700°C gesintert, um die Bürste des Beispiels 1 zu erhalten.
(Beispiel 2)
62,1 Gewichtsteile des oben erwähnten elektrolytischen Kupfers, 3 Gewichtsteile Molybdändisulfidpulver und 4,9 Gewichtsteile Indiumpulver wurden zu 30 Gewichtsteilen des oben erwähnten kunstharzveredelten Graphits gegeben. Das Gemisch wurde auf dieselbe Weise wie im Beispiel 1 im Hinblick auf die anderen Bedingungen behandelt, und es wurde eine Bürste des Beispiels 2 erhalten.
(Beispiel 3)
Das Molybdändisulfid des Verfahrens zur Herstellung von Beispiel 1 wurde durch Wolframdisulfid ersetzt und die anderen Bedingungen waren dieselben wie im Beispiel 1, und es wurde eine Bürste des Beispiels 3 erhalten.
(Beispiel 4)
0,3 Gewichtsteile Indium und 66,7 Gewichtsteile elektrolytisches Kupfer wurden im Verfahren für das Beispiel 1 verwendet und die anderen Bedingungen waren dieselben wie im Beispiel 1, und es wurde eine Bürste des Beispiels 4 erhalten.
(Beispiel 5)
65 Gewichtsteile des oben erwähnten elektrolytischen Kupfers, 3 Gewichtsteile Molybdändisulfid und 2 Gewichtsteile Pb wurden zu 30 Gewichtsteilen des kunstharzveredelten Graphits gegeben, das im Beispiel 1 verwendet wurde, und die anderen Bedingungen waren dieselben wie im Beispiel 1, und es wurde eine Bürste des Beispiels 5 erhalten. Diese Bürste ist eine herkömmliche verbleite Bürste.
(Beispiel 6)
67 Gewichtsteile des oben erwähnten elektrolytischen Kupfers und 3 Gewichtsteile Molybdändisulfid wurden zu 30 Gewichtsteilen des kunstharzveredelten Graphits gegeben, das im Beispiel 1 verwendet wurde, und die anderen Bedingungen waren dieselben wie im Beispiel 1, und es wurde eine Bürste des Beispiels 6 erhalten. Diese Bürste ist eine herkömmliche Pb-freie Bürste.
Die Zusammensetzung der Bürste nach dem Sintern ändert sich ein wenig von den Konzentrationen der gemischten Materialien, weil das Phenolharz vom Novolaktyp zum Zeitpunkt des Sinterns teilweise zersetzt wird und verloren geht.
Die Tabelle 1 zeigt die Gehalte an Metallsulfid-Festschmierstoff, Pb und Indium in den Bürsten der Beispiele 1 bis 6. Ein Gehalt von null Prozent (0 %) in der Tabelle 1 zeigt an, dass das Material auf seinem Verunreinigungspegel ist. Tabelle 1 Gehalt an Metallsulfid-Festschmierstoff, Pb und Indium

Probe Schmierstoff (%) Pb (%) Indium (%)

Beispiel 1 3,1 0 0,5

Beispiel 2 3,1 0 5,0

Beispiel 3 3,1 0 0,5

Beispiel 4 3,1 0 0,3

Beispiel 5 3,1 2,0 0

Beispiel 6 3,1 0 0

Die Bürsten der Beispiele 1 bis 6 wurden in einen Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit gegeben, dessen Temperatur 80°C und relative Feuchtigkeit 85 % betrug, um sie für 15 Tage der hohen Feuchtigkeit auszusetzen und das darin enthaltene Kupfer zu oxidieren, und ihre Anschlusskabelverbindungswiderstände wurden regelmäßig gemessen. Die Veränderungen der Anschlusskabelverbindungswiderstände bei hoher Feuchtigkeit sind in der Tabelle 2 gezeigt. Die Anzahl der Messungen betrug für jede 10, und es wurde das arith metische Mittel verwendet. Die Messung des Anschlusskabelverbindungswiderstands erfolgte gemäß dem „Method of testing the lead connection resistance of brushes for electrical machines", das in der Norm JCAS-12-1986 der Japan Carbon Associate beschrieben ist. Darüber hinaus wurde der spezifische Widerstand von jedem Bürstenkorpus durch das Vierpol-Verfahren zum Zeitpunkt des Bürstenformens in einer zur Pressrichtung senkrechten Richtung gemessen. Die spezifischen Widerstände der Bürstenkorpora vor und nach dem Hochtemperatur/Hochfeuchtigkeits-Test sind in der Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 2 Veränderungen der Anschlusskabelverbindungswiderstände aufgrund des Aussetzens einer Temperatur von 80°C und einer Feuchtigkeit von 85 %

Probe	Anschlusskabelverbindungswiderstand (Einheit: mV/10A)
Zahl d. Tage	Anfangswert	1	2	3	4	5	7	10	15
Beispiel 1	0,79	0,88	1,02	1,22	1,56	1,68	1,86	1,95	2,03
Beispiel 2	0,76	0,86	0,95	1,06	1,13	1,20	1,26	1,31	1,39
Beispiel 3	0,80	0,89	1,06	1,31	1,61	1,73	1,91	2,01	2,22
Beispiel 4	0,82	1,02	1,21	1,86	2,33	2,76	3,25	4,76	4,21
Beispiel 5	0,80	0,86	0,92	0,99	1,10	1,16	1,21	1,31	1,36
Beispiel 6	0,81	1,06	1,22	1,96	2,78	4,55	6,99	15,63	29,33

* Die Beispiele 5 und 6 sind Vergleichsbeispiele.

	Bürstenkorpusspezifischer Widerstand (Einheit: μΩ/cm)
Probe	Anfangswert	Nach dem Hochtemperatur/Hochfeuchtigkeits-Test
Beispiel 1	49	83
Beispiel 2	48	62
Beispiel 3	49	86
Beispiel 4	49	127
Beispiel 5	47	60
Beispiel 6	47	262

Die Pb-freie Bürste des Beispiels 6 zeigte die bedeutsame Erhöhung des Anschlusskabelverbindungswiderstands und des spezifischen Widerstands des Bürstenkorpus bei hoher Feuchtigkeit. Die Temperatur von 85°C und die Feuchtigkeit von 85 % waren die Bedingungen des beschleunigten Tests. Jedoch sogar bei der gewöhnlichen Temperatur wird die Bürste oxidieren und der Anschlusskabelverbindungswiderstand und der spezifische Widerstand werden steigen, wenn die Bürste über einen langen Zeitraum einer hohen Feuchtigkeit ausgesetzt ist. Im Gegensatz dazu wurden bei Zugabe von Iridium die Erhöhungen des Anschlusskabelverbindungswiderstands und des spezifischen Widerstands des Bürstenkorpus unterdrückt. Insbesondere in den Beispielen 1 bis 3, in denen 0,5 Gew.-% oder mehr Indium beigegeben wurde, waren die Erhöhungen des Anschlusskabelverbindungswiderstands und des spezifischen Widerstands des Bürstenkorpus zufrieden stellend reduziert.
Die Erhöhung des Anschlusskabelverbindungswiderstands bei hoher Feuchtigkeit kann verhindert werden, indem Indium zum gemischten Pulver nur nahe dem einzubettenden Abschnitt des Anschlusskabels zugegeben wird oder indem Indium aus dem Anschlusskabel zugeführt wird, obwohl diese Fälle nicht in den Beispielen gezeigt wurden. Darüber hinaus ergibt sich durch die Pb-freien Bürsten das Problem, dass der Anschlusskabelverbindungswiderstand und der spezifische Widerstand des Bürstenkorpus bei hohen Temperaturen ansteigen. Dies wird mit einem Mechanismus bewirkt, der dem bei der Erhöhung des Anschlusskabelverbindungswiderstands bei hoher Feuchtigkeit ähnlich ist. Daher können, wenn die Erhöhungen des Anschlusskabelverbindungswiderstands und des spezifischen Widerstands des Bürstenkorpus bei hoher Feuchtigkeit verhindert werden können, deren Erhöhungen bei hohen Temperaturen auch verhindert werden.

Claims

Metallgraphitbürste (2, 12, 24), umfassend einen Kupfergraphit-Bürstenkorpus (4, 16, 44), dem ein Metallsulfid-Festschmierstoff beigegeben ist, und ein Blei (6, 46), das in den Kupfergraphit-Bürstenkorpus (4, 16, 44) eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass Indium mindestens einer Kontaktfläche zwischen dem Bürstenkorpus (4, 14, 44) und dem Blei (6, 46) beigegeben ist.
Metallgraphitbürste (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Indium in einer Konzentration von 0,4–8 Gew.-% im Wesentlichen überall in dem Bürstenkorpus (4) beigegeben ist.
Metallgraphitbürste (12, 42) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Indium in der Nähe des Bleis (6, 46) im Bürstenkorpus (16, 44) beigegeben ist und dass kein Indium in der Nähe eines Abschnitts des Bürstenkorpus (14, 44) beigegeben ist, mit dem ein Kommutator eines elektrischen Drehankers in Kontakt sein soll.
Metallgraphitbürste (42) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Indiumquelle (48) mindestens an einem Abschnitt des in dem Bürstenkorpus (44) eingebetteten Bleis (46) vorgesehen ist, um der Kontaktfläche zwischen dem Bürstenkorpus (44) und dem Blei (46) Indium zuzuführen.
Metallgraphitbürste (2, 12, 42) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallsulfid-Festschmierstoff mindestens ein Element einer Gruppe ist, die Molybdändisulfid und Wolframdisulfid umfasst, und dass eine Konzentration des Metallsulfid-Festschmierstoffs 1–5 Gew.-% beträgt.
Metallgraphitbürste (2, 12, 42) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blei (6, 46) ein nicht-elektroplattiertes Kupferblei ist.