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Kollektor oder Schleifring für elektrische Maschinen und Apparate
Die Lamellen der .Stromwender und,die Schleifringe elektrischer Maschinen und Apparate
bestw#hen in der Regel aus Kupfer, das wegen der hohen elektrischen Leitfähigkeit
und Wärmeleitfähigkeit bevorzugt ist und die erforderliche mechanische Festigkeit
besitzt. Um Kupfer einzusparen, ist es bekannt, für diese Bauteile Kupfer durch
Eisen oder gebrannte Kunstkohle zu ersetzen. Das Eisen besitzt zwar eine ausreichende,
wenn auch schlechtere Leitfähigkeit als Kupfer, neigt aber in stärkerem Maße zur
Oxydbildung als Kupfer; so daß trotz ihrer guten mechanischen Eigenschaften Eisenkollektoren
nur dann, zur Anwendung gelangen, wenn Kupfer nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung
steht. Wesentlich günstigere Kontaktverhältnisse als bei Kontaktelementen aus Eisen
liegen bei Verwendung von Kunstkohle als Baustoff für Kollektoren und Schleifringe
vor, da die Oxyde des Kohlenstoffes bekanntlich gasförmig sind und sich keine störenden,
den übergangswiderstand an der Lauffläche der Bürste erhöhenden Oxydhäute bilden
können. Die Kohle hat gegenüber den Metallen den Nachteil geringerer Leitfähigkeit
und vor allem geringerer mechanischer Festigkeit. Besonders empfindlich ist die
Kohle gegen; Schlag und Stoß, so daß für sehr schnell laufende Maschinen die Kohle
als Baustoff für Kollektoren und Schleifringe wegen der Bruchgefahr nur mit Vorsicht
zu verwenden ist.
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Durch die Erfindung soll das Kupfer für den Bau von Kollektoren und
Schleifringen durch einen aus heimischen Rohstoffen bestehenden Werkstoff ausreichender
mechanischer
Festigkeit ersetzt wenden, und ferner sollen hierdurch die Kontaktverhältnisse gegenüber
den bisherigen Kollektoren und Schleifringen, aus Kupfer verbessert werden. Erreicht
wird dies nach der Erfindung dadurch, daß die stromleitenden Bauteile, wie z. B.
die Stromwenderstege oder Schleifringe, aus Sinttermetall bestehen, das vorzugsweise
aus einem Gemisch von gepreßtem und: bei entsprechenden Temperaturen gesintertem
Eisen und Graphitpulver hergestellt ist.
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Die Verwendung eines aus Eisen. und Kohlenstoff bestehenden Sintermetalls
ist als Kontaktstoff besonders vorteilhaft, da dieses Metall im Vergleich zu. Kupfer
einen wesentlich höheren Schmelzpunkt besitzt und sich durch günstige Festigkeitseigenschaften
auszeichnet. Bekanntlich gehen Eisen und Kohlenstoff bei höheren Sinter= temperaturen
oberflächliche chemische Verbindungen ein, so daß ein fester Zusammenhalt der einzelnen
Prilverteilchen gebildet und der Stromdurchgang von den einzelnen Kohleteilchen
in das metallische Gefüge besonders erleichtert wird. Da die Eisen- und @Graphitteilchen
miteinander abwechseln., kann sich keine zusammenhängende Oxydschicht auf dem Stromweudersteg
oder Schleifring bilden, so daß der Übergangswiderstand annähernd konstant bleibt.
Die handelsüblichen Eisensorten, z: B. Gußeisen, enthalten höchstens etwa 41/o.
Kohlenstoff, während in das gesinterte Eisen ein wesentlich größerer Anteil an Kohlenstoff
eingelagert werden kann, so daß die Eigenschaften des gesinterten Werkstoffes in
hohem Maße durch den Koh4enstoffanteil bestimmt werden.
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Ferner hat das Sintermetall .gegenüber den Reinmetallen und den rein
metallischen Legierungen den Vorteil, daß das Sintermetall von Poren durchsetzt
ist, in die nach einem weiteren Merkmal der Erfindung Schmierstoffe eingelagert
werden können, die die Gleit- und Kontaktverhältnisse verbessern. Bisher isst von
der Fähigkeit der Sintermetalle, Schmierstoffe aufzusaugen., nur bei sogenannten
selbstschmierenden Gleitlagern Gebrauch gemacht worden, deren Lagerschalen gleichfalls
aus Sintermetall auf Eisen-Graphit-Grundlage bestehen. Für den Kollektoraufbau ergeben
sich durch die Erfindung neue Wege, da bisher eine Schmierung der Lauffläche nur
auf der Bürstenseite möglich war. Bei Eirflagerung des Schmierstoffes in die umlaufenden
Teile ergibt sich nämlich der Vorteil, daß infolge der Fliehkraft die Schmierstoffe
zur Verbrauchsstelle getrieben werden, so daß mit Sicherheit das Gleitvermögen verbessert
und die Funkenbildung unterdrückt wird.
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Die Herstellung der stromleitenden Bauteile, wie Schleifringe und
Stromwenderstege von Kollektoren, erfolgt s-o@ daß in einem erprobten Verhältnis
Eisenpulver und Graphit, dem gegebenenfalls ein Bindemittel zugesetzt werden kann,
verpreßt werden. Der auf -diese Weise erhaltene Preßling wird dann in einem reduzierenden
und inerten Gas, wie z. B, einem Kdhleno:xyd-Stickstoff-Gemisch, geglüht. Bei dem
Glühprozeß sintert der Preßling zusammen und es entsteht ein Körper mit ausreichender
mechanischer Festigkeit und ausgesprochen metallischen Eigenschaften, die ein Nachverformen
nach der Sinterung im Gegensatz zu @gebrannter Kohle ermöglichen, so daß die Anschlußlitzen
nach der Sinterung in entsprechende Ausnehmungen eingelegt und durch Zusammenstauchen
des Säntermetald#körpers befestigt werden können. Die Nachverformung bewirkt gleichzeitig
ein teilweises Verschließen der Poren., so daß die in den Poren eingelagerten Schmierstoffe
gewissermaßen eingekapselt werden. Auf diese Weise wird gleichzeitig sichergestellt,
daß die Schmierstoffe entsprechend dem Verschleiß der umlaufenden Bauteile an die
Verbrauchsstelle gelangen.
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Die Verwendung von Sintermetall hat ferner den Vorteil, daß die für
den. Bau des Kollektors oder Schleifringes notwendigen Teile beim Pressen bereits
maßhaltig hergestellt werden können, so daß nach dem Sintern der erhaltene Körper
gar nicht oder nur unwesentlich nachbearbeitet werden muß. Da -das Gefüge des Sintermetalls
ein. wesentlich anderes als das der Reinmetalle ist, besitzen die aus Sintermetall
gefertigten umlaufenden Kontaktteile ganz andere Laufeigenschaften als. die aus
Rennmetall fertigten. Bekanntlich bilden sich. bei sehr glatter Lauffläche des Kollektors
und der Bürste an der Kontaktstelle leicht Gaspolster, die den Stromdurchgang beeinträchtigen.
Durch das porige Gefüge des Sintermetalls sind in der Lauffläche Vertiefungen vorhanden,
die ausbleichend auf den Druckunterschied des zwischen Bürste und Schleifring eingeschlossenen
Gases gegenüber der Atmosphäre wirken. Erwähnt sei ferner, daß zum Erreichen besonderer
Laufeffekte auch ein Eisenpulver als Ausgangsstoff des Sintermetulls verwendet werden
kann, welches nicht aus reinem Eisen besteht, sondern Legierungsbestandteile, wie
beispielsweise Nickel oder Erdal#kalimetalle, enthält, um eine besonders hohe Verschleißfestigkeit
der Lauffläche zu erzielen. Durch diese Zusätze wird -das Eisen zunderfrei. Die
an der Kontaktstelle örtlich auftretenden hohen Temperaturen bewirken nämlich eine
Oxydation des Eisens, so daß beim Abtragen der auf den Eisenteilchen sich bildenden
Oxydhaut auch die benachbarten Graphitteilchen gelockert werden. Durch die Verwendung
der an sich bekannten nickelhaltigem, zunderfesten Legierungen kann die bei Verwendünig
von reinem Eisenpulver gegebenenfalls auftretende Inkonstanz der Kontaktfläche beseitigt
-,verden.