DE961461C - Kohlenstoffbuerste - Google Patents

Description

• Kohlenstoffbürste Die Erfindung betrifft eine Verbesserung der üblichen Kohlenstoffbürsten.
• Zu den Problemen, die bei der Herstellung von elektrischen Kontaktbürsten auftreten, gehören unter anderem auch gute Festigkeit und einwandfreies Verhalten beim Kommutieren. Die Beanspruchung durch Vibration und Reibung während des Kommutierens wechselt je nach dem Maschinentyp, bei dem man die Bürste benutzt. . Spezialfälle verlangen von der Bürste z. B. besonders gute mechanische Eigenschaften. Die Voraussetzungen für gutes Kommutieren, wie Leitfähigkeit, Filmbildung am Kommutator und leichtes Gleiten, ändern sich ebenfalls je nach der-Maschine, in der man die Bürste benutzt. Bisher ging die Erhöhung der mechanischen Festigkeit einer Bürste oft auf Kosten der Kommutierungseigenschaften. Die Bürste gemäß der Erfindung vereinigt gute mechanische Festigkeit mit ausgezeichneten Kommutierungseigenschaften für ein weites Anwendungsgebiet.
• Wegen ihrer guten Kommutierungseigenschaften benutzt man besonders gern Elektrographitbürsten. Diese Bürsten stellt man z. B. durch Formen eines Gemisches von Kohlenstoff mit einem Bindemittel her, das man nach dem Formen so stark erhitzt, daß sich der Kohlenstoff in Graphit umwandelt. Das so gewonnene Graphitmaterial ist porös, und es war üblich, aus der Porosität durch Imprägnierung der Bürste Vorteile zu ziehen, beispielsweise indem man sie erst unter ein Vakuum setzte und dann unter Druck mit einem Imprägnierungsmittel behandelte, uni verschiedene Stoffe einzuverleiben, die der Bürste die gewünschten Eigenschaften verleihen. Wegen der groben mechanischen Beanspruchung der Bürsten in Bahnmotoren imprägnierte man die Bürsten mit in der Hitze härtenden Harzen, um ihre mechanische Festigkeit zu steigern. Auch diese Harze können jedoch die schnelle Abnutzung bei hohen Kommutatorgeschwindigkeiten nicht verhindern.
• Die Kohlenstoffbürste gemäß der Erfindung enthält nun Cumaronindenharz. Eine solche Bürste bewährt sich vorzüglich bei hohen Kommutatorgeschwindigkeiten, wie z. B. bei Bahnmotoren für dieselelektrische Lokomotiven und Rangier-Loks. Eine besonders für Bahnmotoren geeignete Bürste wird später näher beschrieben. Die Bürste eignet sich natürlich auch für andere Maschinen und vereinigt gute mechanische Festigkeit mit ausgezeichneten Kommutierungseigenschaften.
• Die erfindungsgemäße Bürste wird in üblicher Weise durch Vakuum und Druckimprägnierung aus der aus Graphit bestehenden Bürstenmasse hergestellt, indem man eine Lösung von Cumaronindenharz als Imprägnierungsmittel verwendet. Eine 5oe/oige Lösung in Toluol ergibt befriedigende Ergebnisse. Nach Entfernung aus der Imprägnierungslösung wird die Bürste getrocknet und dann gebacken, beispielsweise i Stunde lang bei 15o° C. Toluollösungen mit einer Konzentration über 50 °/o Harz sowie längere Erhitzungszeiten als i Stunde können natürlich auch benutzt werden.
• Bei einer typischen Laboratoriumsprüfung unter strengen Arbeitsbedingungen zeigten Muster von Bürsten, welche kein Imprägnierungsmittel enthielten, gegeneber solchen, die 3, 5,5 und 8 °/o Cumaronindenharz enthielten, das bei etwa 150'C schmilzt, eine Lebensdauer von 71o, 79o, 1140 und 1710 Stunden/cm.
• Bürsten für Bahnmotoren lassen sich nur durch praktische Erprobung im Bahnbetrieb prüfen. Bei einer solchen Dauerprüfung in einer Gruppe von 77 Motoren von Personenzug- und Güterzuglokomotiven und einer gesamten Testentfernung von 21/2 Millionen km hatten Bürsten nach der Erfindung, in km/mm Abnutzung ausgedrückt, die Lebensdauer nach der folgenden Tabelle. Zum Vergleich ist die Lebensdauer von zwei Standardbürsten angegeben, die gleichzeitig in anderen Motoren der gleichen Lokomotiven liefen.

  Lebensdauer Lebensdauer

  Probe der erfindungs- der Vergleichsbürsten

  gemäßen Bürste

  in km/mm r in km/mm I 2 in km/mm -

  1 31700 14450 -

  2 18 ooo 10850 13400

  3 8650 4338 5200

  4 ii goo 8775 7500

  5. 6700 4 6oo 5150

  Die Farbe des für die Bürsten benutzten Cumaronindenharzes wechselt zwischen einer bleichen Amberfarbe und Dunkelbraun. Diese handelsüblichen Harze unterscheiden sich durch ihren Schmelzpunkt voneinander. Für den erfindungsgemäßen Zweck eignen eichCumaronindenharze, die einen nach der Ring- und Kugelmethode bestimmten Schmelzpunkt zwischen 70 und 15o° besitzen. In diesem Schmelzpunktbestimmungsverfahren wird eine Stahlkugel von 9,53 mm Durchmesser auf eine in einem Messingring von 6,36 mm Dicke und 15,9 mm lichtem Durchmesser eingesetzte Harzlage aufgelegt und zusammen mit einer in einem Abstand von 2,54 cm unter dem Ring angeordneten Metallplatte in Wasser bzw. Glyzerin (je nachdem, ob die Erweichung des Harzes unter oder über 8o° C stattfindet) bei ständigem Rühren um 5° C pro Minute erhitzt. Die Temperatur des Bades in dem Augenblick, wo die durch den Ring gefallene Kugel die Metallplatte erreicht, gilt als sogenannter >>Schmelzpunkt« des Harzes. Typische Schmelzpunkte handelsüblicher Cumaronindenharze innerhalb dieser Grenzen sind go, 103,3, iog,7 und 128,5° C.
• Bei der vorerwähnten Dauerprüfung hatte das Harz in den Bürsten einen Schmelzpunkt von 128,5° C und war in Mengen von 8 Gewichtsprozent der Bürste vorhanden. Mit Cumaronindenharzen anderer Schmelzpunkte imprägnierte Bürsten ergaben auch gute Resultate. Die Wahl des zu verwendenden speziellen Cumaronindenharzes hängt von der Verwendungsart der Bürste ab. Im allgemeinen werden für hohe Kommutatorgeschwindigkeiten bei hohen Temperaturen die Harze mit höherem Schmelzpunkt geeignet sein.
• Die nachstehende Tabelle gibt die Ergebnisse von Prüfungen an elektrographitischen Kohlenstoffbürsten wieder, die eine Bruchfestigkeit im unbehandelten Zustand von 155 kg/cm2 besaßen. Bürsten dieser Art werden oft für elektrische Lokomotiven verwendet, bei welchen Kommutatorgeschwindigkeiten von 2 130 m/Min. auftreten. Die behandelten Bürsten enthielten 8,6 Gewichtsprozent handelsübliches Cumaronindenharz mit einem Schmelzpunkt von 128,5° C. Der spezifische Widerstand der Bürsten betrug 0,005 Ohm cm und änderte sich durch die Imprägnierung nicht merklich.

  Unbehandelt

  Behandelt

  Stromdichte in Amp./cm2 . 13,0 13,0

  Lebensdauer der Bürste in

  Stunden/cm .......... 414,0 1138;o

  Kontaktabfall in Volt ... 2,20 2,38

  Die Prüfungsergebnisse derselben KohlenstoffbürsLen, jedoch mit Cumaronindenharz von versAiedenem Schmelzpunkt und mit ungefähr io Gewichtsprozent Harz, zeigt folgende Tabelle:

  Schmelzpunkt

  rxo° C I 128,g° C

  Stromdichte in Amp./cm2 13,0 13,0

  Lebensdauer der Bürste in

  Stunden/cm .......... 2246,o 2522,0

  Kontaktabfall in Volt ..... 2,45 2,11

  Die Menge Cumaronindenharz, die eine Bürste aufnehmen kann, hängt von der Porosität des Bürstenmaterials ab. Die notwendige Harzmenge hängt von den Festigkeitserfordernissen für die Bürste ab und vom Typ der elektrischen Anlage, bei der sie verwendet wird. Es hat sich gezeigt, daß z. B. die Bruchfestigkeit einer Bürste je nach der Menge des verwendeten Harzes ungefähr um 6o0/, erhöht werden kann. Im allgemeinen soll die erfindungsgemäße Bürste zwischen 5 bis 2o0/, Cumaronindenharz enthalten, vorzugsweise 8 bis 150/,. Befriedigende Ergebnisse wurden außerdem mit Mengen von Harzen von weniger als 50/, und auch über 2o0/, erzielt. Eine Beschränkung auf bestimmte Gewichtsprozente Harz ist durch diese Angaben nicht beabsichtigt.
• Die Kohlenstoffbürste gemäß der Erfindung kann von handelsüblicher Sorte sein. Sie kann aus Kohlenstoff, natürlichem Graphit, künstlichem Graphit, elektrographitischem Material, Kohlenstoffgraphit und Metallgraphit bestehen. Bei ihrer Herstellung können Schleifmittelzusätze oder andere Zusätze verwendet werden.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:. i. Kohlenstoffbürste, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürste Cumaronindenharz enthält.
2. 2. Kohlenstoffbürste gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Cumaronindenharz in den Bürstenporen enthalten ist, die nach der Graphitierung des Kohlenstoffs zurückbleiben.
3. 3. Kohlenstoffbürste gemäß Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Cumaronindenharz einen Schmelzpunkt zwischen7oundi5o°C hat.
4. 4. Kohlenstoffbürste gemäß Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bürste 5 bis 2o Gewichtsprozent, vorzugsweise 8 bis 15 Gewichtsprozent Cumaronindenharz, auf das Bürstengewicht bezogen, einverleibt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 835 428.