EP0924816B1 - Gegenstand aus Kohlenstoffmaterial sowie ein Verfahren zum Imprägnieren eines solchen - Google Patents

Gegenstand aus Kohlenstoffmaterial sowie ein Verfahren zum Imprägnieren eines solchen Download PDF

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EP0924816B1
EP0924816B1 EP98123691A EP98123691A EP0924816B1 EP 0924816 B1 EP0924816 B1 EP 0924816B1 EP 98123691 A EP98123691 A EP 98123691A EP 98123691 A EP98123691 A EP 98123691A EP 0924816 B1 EP0924816 B1 EP 0924816B1
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EP
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impregnated
region
sliding surface
carbon brush
impregnating
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EP98123691A
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Michael Dipl.-Ing. Weik
Roland Anwander
Gerhard Dipl.-Ing. Mietz
Reiner Dipl.-Ing. Koch
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Schunk Kohlenstofftechnik GmbH
Original Assignee
Schunk Kohlenstofftechnik GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/18—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
    • H01R39/20—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush characterised by the material thereof
    • H01R39/22—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush characterised by the material thereof incorporating lubricating or polishing ingredient
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/12—Manufacture of brushes

Definitions

  • the invention relates to an article made of carbon material with a sliding surface, in particular carbon brush, wherein the article is impregnated in a first region and unimpregnated in a second region.
  • the invention relates to a method for impregnating an article of carbon material with a sliding surface, in particular carbon brush, wherein the article is impregnated only in certain areas.
  • Sliders and contact pieces can be made of carbon, z. As coke or carbon black, natural or artificial graphite, mixtures of these substances, binders optionally with metallic additives and solid lubricants such. MoS 2 and alkaline earth compounds.
  • contact pieces or carbon brushes are used in particular for dynamoelectric machines.
  • radio interference and noise behavior brushes are provided with an impregnating agent, whereby wear and friction value is reduced or the commutation capability is improved.
  • impregnating agents are fats, waxes, stearates, paraffins, natural and artificial resins (US Pat. No. 949,988).
  • modified siloxanes As impregnating agents, modified siloxanes have also proved successful, as can be seen by way of example from DE 43 30 547 A1.
  • U.S. Patent No. 1,568,774 discloses a wire cloth carbon brush impregnated in a corner with a solder. According to GB 556,465 a carbon brush is built up in layers such that the sliding surface has a lower electrical resistance than the rest of the carbon brush.
  • GB-A 601 377 An object of the aforementioned type is shown in GB-A 601 377.
  • an existing body of carbon material is impregnated with metal halides.
  • metal halide salt is introduced on the upper side of the body and in particular in a recess formed in the upper side, in order then to impregnate the object with the metal halide by heat treatment.
  • a carbon brush according to US-A-2 066 176 is impregnated in its attachment side region with a synthetic resin to improve electrical and mechanical properties.
  • the object of the present invention is to further develop an article of the type mentioned at the outset or a method for impregnating such that an optimal run-in behavior and noise and radio interference are guaranteed, while also being given the opportunity to apply the items on an adhesive carrier.
  • an article of carbon material with a sliding surface in that the article is impregnated in the region of its entire sliding surface as the first region and is unimpregnated in its second region remote from the first region.
  • the article can be easily applied to an adhesive having carrier such as belt, so that a simple and secure delivery to fully automatic processing or assembly lines is possible.
  • the invention is characterized in that the article in the form of a carbon brush is impregnated starting from its running surface as the sliding surface.
  • the tread can be impregnated in particular by tamping.
  • the method embodying the invention for impregnating an article of carbon with a sliding surface, in particular a carbon brush, wherein the article is impregnated only in regions, is characterized in that the article is impregnated starting from the contact surface, wherein the remote with respect to the contact surface Area of the article remains unimpregnated.
  • the article is to be tamponised for partial impregnation.
  • an absorbent element such as tampon immersed in a template containing a predetermined amount of impregnating agent, then removed from the template and then pressed onto the sliding surface.
  • Partial impregnation by spraying, dipping, rolling, brushing, laminating, vapor deposition is likewise possible.
  • a particular highly viscous impregnating agent such as wax is applied to the contact surface of the article, and then the article is heated to penetrate the impregnating agent.
  • the invention is characterized by an on-line procedure in so far by the fact that the object during or immediately after its processing such.
  • B. introducing a Rute, shape adaptation is partially impregnated.
  • a partial impregnation should take place in such a way that the article is impregnated at least 1%, at most 95%, preferably in the region of 30%, in particular not more than 10%, the partial impregnation starting from the contact surface like the running surface.
  • the teaching of the invention does not substantially evenly distribute the entire carbon brush with, for example, 0.1 to 25% by weight impregnating agent (GB 15 91 349), but only a part by volume of the carbon brush, preferably in the range , in which the carbon brush slidably supported.
  • a device 10 for tamping a carbon brush 12 is shown purely in principle.
  • the device 10 comprises a tampon 16 emanating from an axially displaceable punch 14, which can be immersed in a template 18.
  • a portioned amount of an impregnating agent is present, which is absorbed by the tampon 16 when immersed in the template 18.
  • the stamp 14 with the pad 16 starts from a carriage 20 to allow a horizontal displacement (double arrow 22) such that the pad 16 after removal from the template 18 on the carbon brush 12 and its contact surface 24 aligned and then on this can be pressed (movement according to double arrow 26).
  • a further carbon brush is then moved into the position of the illustrated carbon brush 12 to be tamponated and thus partially impregnated.
  • the carbon brush 12 is partially impregnated from its running surface 24.
  • the carbon brush 12 is impregnated with respect to its height H 1/10 to approximately H 1/20, as the hatching in Fig. 2 is intended to illustrate.
  • the carbon brush 12 is not impregnated, so that it can be easily applied to a belt having an adhesive in order to transport a desired number of carbon brushes and to supply them to a mounting location. There, the carbon brushes can be mounted fully automatically.
  • Suitable impregnating agents are fats, waxes, paraffins, stearates, natural and artificial resins, polymers, siloxanes or other impregnating agents, which are well known in connection with the impregnation of articles consisting of carbon, such as sliding elements or carbon brushes.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Gegenstand aus Kohlenstoffmaterial mit einer Gleitfläche, insbesondere Kohlebürste, wobei der Gegenstand in einem ersten Bereich imprägniert und in einem zweiten Bereich unimprägniert ist.
  • Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Imprägnieren eines Gegenstandes aus Kohlenstoffmaterial mit einer Gleitfläche, insbesondere Kohlebürste, wobei der Gegenstand ausschließlich bereichsweise imprägniert wird.
  • Gleitstücke und Kontaktstücke können aus Kohlenstoff, z. B. Koks oder Ruß, natürlichem oder künstlichem Graphit, Gemischen dieser Stoffe, Bindemittel gegebenenfalls auch mit metallischen Zusätzen und Festschmierstoffen, wie z. B. MoS2 und Erdalkaliverbindungen, hergestellt werden. Dabei werden Kontaktstücke oder Kohlebürsten insbesondere für dynamoelektrische Maschinen genutzt. Zur Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen und insbesondere zur Optimierung des Einlauf-, Funkentstör- und Geräuschverhaltens sind Bürsten mit einem Imprägniermittel versehen, wodurch Verschleiss- und Reibwert reduziert bzw. die Kommutierungsfähigkeit verbessert wird. Als Beispiele für entsprechende Imprägniermittel sind Fette, Wachse, Stearate, Paraffine, natürliche und künstliche Harze zu nennen (US 949,988).
  • Als Imprägniermittel haben sich auch modifizierte Siloxane bewährt, wie diese beispielhaft der DE 43 30 547 A1 zu entnehmen sind.
  • In der DE 26 09 834 C3 wird eine imprägnierte Kohlebürste beschrieben, die als Imprägniermittel ein nicht schmelzendes Fett, ein nicht schmelzendes Wachs oder ein nicht fließendes Öl enthält, wobei das Imprägnieren selbst nach der Vakuum-Druck-Methode durchgeführt wird.
  • Der US-Patentschrift 1,568,774 ist eine Drahtgewebekohlebürste zu entnehmen, die in einer Ecke mit einem Lötmittel imprägniert ist. Nach der GB 556,465 wird eine Kohlebürste schichtweise derart aufgebaut, dass die Gleitfläche einen geringeren elektrischen Widerstand aufweist als die übrige Kohlebürste.
  • Aus der DE-AS 1 284 017 ist eine Kohlebürste aus Graphit mit einer Seitenfläche bekannt, auf der eine Schicht mit einem Schmiermittel aufgebracht ist. Diese Schicht verläuft parallel zur Längsachse der Kohlebürste und gelangt nur peripher in Kontakt mit einem Kollektor. Alternativ besteht die Möglichkeit, in der gesamten Bürste Teilchen einer Schmierverbindung zu verteilen.
  • Ein Gegenstand der eingangs genannten Art ist der GB-A 601 377 zu entnehmen. Dabei wird ein aus Kohlenstoffmaterial bestehender Körper mit Metallhalegoniden imprägniert. Hierzu wird auf oberer Seite des Körpers und insbesondere in einer in der oberen Seite ausgebildeten Aussparung Metallhalegonidsalz eingefüllt, um sodann durch Wärmebehandlung den Gegenstand mit dem Metallhalegonid zu imprägnieren.
  • Eine Kohlebürste nach der US-A-2 066 176 ist in ihrem befestigungsseitigen Bereich mit einem synthetischen Harz imprägniert, um elektrische und mechanische Eigenschaften zu verbessern.
  • Um ein automatisches Bestücken von Elektromotoren mit Kohlebürsten zu ermöglichen, müssen diese aneinandergereiht einer Bestückungsmaschine zugeführt werden. Hierzu ist es bekannt, die Kohlebürsten auf einem ein Haftmittel aufweisenden Gurt zu befestigen. Dies ist jedoch grundsätzlich nur bei solchen Kohlebürsten möglich, die nicht oder mit einem nicht fettenden Material imprägniert sind, da es anderenfalls zwischen Kleber und Imprägniermittel zu chemischen Reaktionen kommen kann.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Gegenstand der eingangs genannten Art bzw.ein Verfahren zum Imprägnieren eines solchen so weiterzubilden, dass ein optimales Einlaufverhalten sowie Geräusch- und Funkentstörverhalten gewährleistet sind, wobei gleichzeitig die Möglichkeit gegeben sein soll, die Gegenstände auf einem haftenden Trägermittel aufzubringen.
  • Das Problem wird durch einen Gegenstand aus Kohlenstoffmaterial mit einer Gleitfläche dadurch gelöst, dass der Gegenstand im Bereich seiner gesamten Gleitfläche als ersten Bereich imprägniert ist und in seinem zum ersten Bereich entferntliegenden zweiten Bereich unimprägniert ist. Somit kann der Gegenstand problemlos auf ein ein Haftmittel aufweisendes Trägermittel wie Gurt aufgebracht werden, so dass eine einfache und sichere Zuführung zu vollautomatischen Bearbeitungs- bzw. Montagestraßen möglich ist.
  • Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der Gegenstand in Form einer Kohlebürste von ihrer Lauffläche als die Gleitfläche ausgehend imprägniert ist. Dabei kann die Lauffläche insbesondere durch Tamponieren imprägniert sein.
  • Das die Erfindung prägende Verfahren zum Imprägnieren eines Gegenstandes aus Kohlenstoff mit einer Gleitfläche, insbesondere einer Kohlebürste, wobei der Gegenstand ausschließlich bereichsweise imprägniert wird, zeichnet sich dadurch aus, dass der Gegenstand von der Kontaktfläche ausgehend imprägniert wird, wobei der in Bezug auf die Kontaktfläche fernliegende Bereich des Gegenstandes unimprägniert bleibt.
  • Um den Gegenstand in erforderlichem Umfang und reproduzierbar teilimprägnieren zu können, ist vorgesehen, dass der Gegenstand zur Teilimprägnierung tamponiert wird.
  • Hierzu ist vorgesehen, dass ein saugfähiges Element wie Tampon in eine eine vorgegebene Menge an Imprägniermittel enthaltende Vorlage eingetaucht, anschließend aus der Vorlage entfernt und sodann auf die Gleitfläche gedrückt wird.
  • Auch besteht die Möglichkeit, dass der Gegenstand zur Teilimprägnierung mit einem die Kontaktfläche einschließenden Bereich in ein Imprägniermittel bereichsweise eingetaucht wird.
  • Ein Teilimprägnieren durch Sprayen, Tauchen, Walzen, Bestreichen, Kaschieren, Aufdampfen ist gleichfalls möglich.
  • Nach einem alternativen Vorschlag wird auf die Kontaktfläche des Gegenstandes ein insbesondere hochviskoses Imprägniermittel wie Wachs aufgebracht und anschließend zum Eindringen des Imprägniermittels wird der Gegenstand erwärmt.
  • Losgelöst von der Verfahrensweise der Teilimprägnierung zeichnet sich die Erfindung durch einen On-Line-Verfahrensablauf insoweit dadurch aus, dass der Gegenstand während oder unmittelbar nach seiner Bearbeitung wie z. B. Einbringen einer Riefelung, Formanpassung teilimprägniert wird.
  • Dabei sollte eine Teilimprägnierung derart erfolgen, dass der Gegenstand mindestens 1 %, maximal 95 %, vorzugsweise im Bereich von 30 %, insbesondere maximal 10 % imprägniert ist, wobei das Teilimprägnieren von der Kontaktfläche wie Lauffläche ausgehen sollte.
  • Bei einer Kohlebürste wie insbesondere Kleinkohlebürste für Universalmotoren sollte diese in Bezug auf ihre Höhe H zwischen H/40 und H/8, insbesondere H/10 imprägniert sein.
  • Durch die erfindungsgemäße Lehre wird abweichend vom Stand der Technik nicht die gesamte Kohlebürste weitgehend gleichmäßig verteilt mit zum Beispiel 0,1 bis 25 Gew.% Imprägniermittel imprägniert (GB 15 91 349), sondern nur ein Volumenteil der Kohlebürste, und zwar vorzugsweise in dem Bereich, in dem sich die Kohlebürste gleitend abstützt.
  • Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von dem der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiel.
  • Es zeigen
    • Fig. 1
    eine Prinzipdarstellung einer Tamponiervorrichtung zum Teilimprägnieren einer Kohlebürste und
    Fig. 2
    eine Prinzipdarstellung einer teilimprägnierten Kohlebürste.
  • In Fig. 1 ist rein prinzipiell eine Vorrichtung 10 zum Tamponieren einer Kohlebürste 12 dargestellt. Die Vorrichtung 10 umfasst einen von einem axial verschiebbaren Stempel 14 ausgehenden Tampon 16, der in eine Vorlage 18 eintauchbar ist. In der Vorlage 18 ist eine portionierte Menge eines Imprägniermittels vorhanden, die von dem Tampon 16 beim Eintauchen in die Vorlage 18 aufgenommen wird.
  • Der Stempel 14 mit dem Tampon 16 geht von einem Schlitten 20 aus, um ein horizontales Verschieben (Doppelpfeil 22) derart zu ermöglichen, dass der Tampon 16 nach Entfernen aus der Vorlage 18 auf die Kohlebürste 12 bzw. dessen Kontaktlauffläche 24 ausrichtbar und sodann auf diese drückbar ist (Bewegung gemäß Doppelpfeil 26). Während des Zurückfahrens des Tampons 16 und Eintauchen in die Vorlage 18 wird sodann eine weitere Kohlebürste in die Position der dargestellten Kohlebürste 12 verschoben, um tamponiert und somit teilimprägniert zu werden.
  • Wie aus der Prinzipdarstellung der Fig. 2 ersichtlich wird, ist die Kohlebürste 12 von ihrer Lauffläche 24 ausgehend teilimprägniert. Vorzugsweise ist die Kohlebürste 12 in Bezug auf ihre Höhe H 1/10 bis in etwa H 1/20 imprägniert, wie die Schraffur in Fig. 2 verdeutlichen soll.
  • In ihrem zur Kontaktfläche 24 fernliegenden Bereich 30 ist die Kohlebürste 12 demzufolge nicht imprägniert, so dass ein problemloses Aufbringen auf einen ein Haftmittel aufweisenden Gurt möglich ist, um eine gewünschte Anzahl von Kohlebürsten zu transportieren und einem Montageort zuzuführen. Dort können die Kohlebürsten vollautomatisch montiert werden.
  • Als Imprägniermittel kommen Fette, Wachse, Paraffine, Stearate, natürliche und künstliche Harze, Polymere, Siloxane oder sonstige Imprägniermittel in Frage, die im Zusammenhang mit dem Imprägnieren von aus Kohlenstoff bestehenden Gegenständen wie Gleitelementen bzw. Kohlebürsten hinlänglich bekannt sind.

Claims (9)

  1. Gegenstand (12) aus Kohlenstoffmaterial mit einer Gleitfläche, insbesondere Kohlebürste, wobei der Gegenstand in einem ersten Bereich imprägniert und in einem zweiten Bereich (30) unimprägniert ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Gegenstand (12) im Bereich seiner gesamten Gleitfläche (24) als ersten Bereich imprägniert ist und in seinem zur Gleitfläche fernliegenden Bereich als zweiten Bereich (30) unimprägniert ist.
  2. Gegenstand nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Gegenstand (12) eine Kohlebürste ist, die von der Lauffläche als die Gleitfläche (24) ausgehend vorzugsweise durch Tamponieren teilimprägniert ist.
  3. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Gegenstand (12) in seinem unimprägnierten Bereich (30) auf ein haftendes Trägermittel wie Gurt angeordnet ist.
  4. Verfahren zum Imprägnieren eines Gegenstandes (12) aus Kohlenstoffmaterial mit einer Gleitfläche, insbesondere Kohlebürste, wobei der Gegenstand ausschließlich bereichsweise imprägniert wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Gegenstand (12) von seiner Gleitfläche (24) ausgehend derart teilimprägniert wird, dass ein Bereich, der die gesamte Gleitfläche einschließt imprägniert withel und ein zu der Gleitfläche fernliegender Bereich (30) unimprägniert bleibt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Gegenstand (12) durch Tamponieren, Sprayen, Aufdampfen, Kaschieren, Aufwalzen und/oder Bestreichen teilimprägniert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass auf die Gleitfläche des Gegenstandes (12) ein insbesondere hochviskoses Imprägniermittel wie Wachs aufgetragen und anschließend der Gegenstand zum Eindringen des Imprägniermittels erwärmt wird.
  7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche (4 - 6),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Gegenstand (12) mit seinem unimprägnierten Bereich (30) .auf ein ein Haftmittel aufweisendes Trägermittel wie Gurt haftend angeordnet wird.
  8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein saugfähiges Element wie Tampon in eine eine vorgegebene Menge an Imprägniermittel enthaltende Vorlage eingetaucht, aus der Vorlage entfernt und sodann auf die Gleitfläche (24) des Gegenstandes (12) gedrückt wird.
  9. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 4 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Gegenstand während oder unmittelbar nach seiner Bearbeitung wie zum Beispiel Einbringen einer Riefelung, Formanpassung teilimprägniert wird.
EP98123691A 1997-12-17 1998-12-12 Gegenstand aus Kohlenstoffmaterial sowie ein Verfahren zum Imprägnieren eines solchen Expired - Lifetime EP0924816B1 (de)

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Publication Number Publication Date
EP0924816A1 EP0924816A1 (de) 1999-06-23
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EP0924816A1 (de) 1999-06-23
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