EP3278406A1 - Verwendung eines kohlenstoffverbundmaterials zur herstellung von elektrischen kontaktkörpern für eine kraftstoffpumpe sowie kontaktkörper - Google Patents

Verwendung eines kohlenstoffverbundmaterials zur herstellung von elektrischen kontaktkörpern für eine kraftstoffpumpe sowie kontaktkörper

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EP3278406A1
EP3278406A1 EP16716169.4A EP16716169A EP3278406A1 EP 3278406 A1 EP3278406 A1 EP 3278406A1 EP 16716169 A EP16716169 A EP 16716169A EP 3278406 A1 EP3278406 A1 EP 3278406A1
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carbon
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Martin Maurer
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Schunk Carbon Technology GmbH
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Schunk Hoffmann Carbon Technology AG
Schunk Hoffmann Carbon Tech AG
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Definitions

  • the present invention relates to the use of a carbon composite material for producing electrical contact bodies of a fuel pump operated in a fuel environment, the carbon composite material having, in addition to the carbon, a thermosetting or thermoplastic binder and a metal content greater than 0.5% and less than 25 % of the total mass of the carbon composite material.
  • EP 1 713 148 A1 discloses a process for the production of carbon brushes, in which a pulverulent mixture of a carbon powder and a thermoplastic binder Metal powder is added and the powder mixture is processed in a compression molding process to form a carbon body.
  • metal powders are added to the carbon in order to reduce the material resistance of the carbon brush and the contact resistance between the carbon brush and the commutator in the region of low stresses.
  • the addition of a metal powder is recommended in a proportion of 30 to 60 wt -.%.
  • brushless fuel pumps Because of their operation in a fuel environment, brushless fuel pumps have special operating conditions for the carbon brushes and commutator segments cooperating with the carbon brushes, which are not comparable to operating conditions outside the fuel environment. In particular, it has been found that in this fuel environment, temporary overvoltages exceeding 14V can significantly shorten the life of the brush-commutator systems as brush and commutator wear increases significantly due to overvoltages.
  • the object of the present invention is therefore to reduce the wear of a brush-commutator system of a fuel pump operated in a fuel environment.
  • This object is achieved by the use of a carbon composite material for the production of carbon contact bodies designed as electrical contact bodies having the features of claim 1.
  • a carbon composite material for the production of carbon contact bodies designed as electrical contact bodies having the features of claim 1.
  • a carbon composite as a solution to the above problem has been found, which in addition to the carbon and a thermosetting or thermoplastic binder has a metal content that is greater than 0.5% and less than 25% of the total mass of the carbon composite material.
  • the inventive use of the carbon composite material proves to be particularly advantageous if the fuel pump is connected to an automotive on-board network with a mains voltage of 12 V.
  • the metal content When the metal content is added to the carbon composite material in powder form, a particularly homogeneous distribution of the metal content in the carbon composite material can be achieved. It is particularly advantageous if the metal component predominantly has metal particles with a particle diameter of up to 1 mm, wherein particularly when 80% or particularly preferably 95% of the metal particles have a particle diameter of up to 1 mm, a particularly uniform wear can be achieved.
  • the metal content comprises at least one metal of the metals comprising aluminum, zinc and silver metals.
  • the metal content of aluminum or an aluminum alloy it is particularly advantageous if the metal content is greater than 0.5% and less than 20% of the total mass of the carbon composite material.
  • the metal content of aluminum or an aluminum alloy is at most 10% of the total mass of the carbon composite material.
  • the metal content of zinc or a zinc alloy it is particularly advantageous if the metal content is greater than 0.5% and less than 20% of the total mass of the carbon composite material.
  • the metal content of zinc or a zinc alloy is at most 10% of the total mass of the carbon composite material.
  • the metal content is greater than 0.5% and less than 15% of the total mass of the carbon composite material.
  • the metal content of silver or a silver alloy is not more than 10% of the total mass of the carbon composite material.
  • the metal part comprises several metals
  • the metal part can be added as an alloy or as a mixture to the carbon material.
  • the present task is also solved by the use of a contact body for forming an electrical contact on a fuel pump, wherein the contact body is formed as a carbon molded body of a carbon composite material, according to one or more of claims 1 to 16.
  • the contact body used according to the invention is preferably designed as a carbon brush or as a commutator segment of a commutator.
  • the fuel pump according to the invention has at least one carbon brush or a commutator segment, which is made of a carbon composite material according to one or more of claims 1 to 16.
  • the material used to make a carbon brush includes:
  • the material used for producing a carbon brush based on the total mass of the carbon composite material, comprises:
  • thermosetting binder 7% thermosetting binder
  • the material used for producing a carbon brush based on the total mass of the carbon composite material, comprises:
  • the material used for producing a carbon brush, relative to the total mass of the carbon composite material comprises:
  • thermosetting binder 7% thermosetting binder
  • the material used for producing a commutator segment contains, based on the total mass of the carbon composite material: 10% thermoplastic binder,
  • the material used to make a commutator segment based on the total mass of the carbon composite material includes:
  • thermosetting binder - 10% thermosetting binder
  • the material used to make a commutator segment based on the total mass of the carbon composite material comprises: 10% thermoplastic binder,
  • the material used to make a commutator segment based on the total mass of the carbon composite material includes:
  • thermosetting binder - 1 1% thermosetting binder

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials zur Herstellung von als Kohlenstoffformkörpern ausgebildeten elektrischen Kontaktkörpern einer in einer Kraftstoffumgebung betriebenen Kraftstoffpumpe, wobei das Kohlenstoffverbundmaterial neben dem Kohlenstoff ein duroplastisches oder thermoplastisches Bindemittel und einen Metallanteil aufweist, der größer als 0,5 % und kleiner als 25 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials ist.

Description

Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials zur Herstellung von elektrischen Kontaktkörpern für eine Kraftstoffpumpe sowie Kontaktkörper
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials zur Herstellung von als Kohlenstoffformkörpern ausgebildeten elektrischen Kontaktkörpern einer in einer Kraftstoffumgebung betriebenen Kraftstoffpumpe, wobei das Kohlenstoffverbundmaterial neben dem Kohlenstoff ein duroplastisches oder thermoplastisches Bindemittel und ein Metallanteil aufweist, der größer als 0,5 % und kleiner als 25 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials ist.
Zur Herstellung von als Kohlenstoffformkörpern ausgebildeten elektrischen Kontaktkörpern, also beispielsweise von Kohlebürsten, ist es bekannt unterschiedliche Bindemittel zu verwenden, die in Kombination mit dem Kohlenstoff und etwaigen Hilfsstoffen, wie Festschmierstoffe und Putzmittel, in einem Formpressverfahren zu einem Kohlenstoffverbundmaterial verarbeitet werden.
So ist aus der EP 1 713 148 A I ein Verfahren zur Herstellung von Kohlebürsten bekannt, bei dem einer pulverförmigen Mischung aus einem Kohlenstoffpulver und einem thermoplastischen Bindemittel Metallpulver hinzugefügt wird und die Pulvermischung in einem Formpressverfahren zu einem Kohlenstoffformkörper verarbeitet wird. Bei dem bekannten Kohlenstoffverbundmaterial werden dem Kohlenstoff Metallpulver zugesetzt, um den Werkstoffwiderstand der Kohlebürste und den Übergangswiderstand zwischen Kohlebürste und Kommutator im Bereich kleiner Spannungen zu reduzieren. Insbesondere bei einem Einsatz der Kohlebürsten in einem automobilen Bordnetz mit einer Nennspannung von 12 V wird die Hinzufügung eines Metallpulvers mit einem Anteil von 30 bis 60 Gew. -% empfohlen. Aufgrund ihres Betriebes in einer Kraftstoffumgebung bestehen bei bürstenbetriebenen Kraftstoffpumpen besondere Betriebsbedingungen für die Kohlebürsten und die mit den Kohlebürsten zusammenwirkenden Kommutatorsegmente, die mit Betriebsbedingungen außerhalb der Kraftstoffumgebung nicht vergleichbar sind. Dabei hat sich insbesondere herausgestellt, dass in dieser Kraftstoffumgebung temporäre Überspannungen, die 14 V überschreiten, die Lebensdauer der Bürsten-Kommutator-Systeme erheblich verkürzen können, da infolge der Überspannungen der Bürsten- und der Kommutator-Verschleiß erheblich ansteigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Verschleiß eines in einer Kraftstoffumgebung betriebenen Bürsten- Kommutator-Systems einer Kraftstoffpumpe zu reduzieren. Diese Aufgabe wird durch die Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials zur Herstellung von als Kohlenstoffformkörpern ausgebildeten elektrischen Kontaktkörpern mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Überraschenderweise hat sich in einer Kraftstoffumgebung die Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials als Lösung der vorstehenden Aufgabenstellung herausgestellt, das neben dem Kohlenstoff und einem duroplastischen oder thermoplastischen Bindemittel einen Metallanteil aufweist, der größer als 0,5 % und kleiner als 25 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials ist. Die erfindungsgemäße Verwendung des Kohlenstoffverbundmaterials erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die Kraftstoffpumpe an ein automobiles Bordnetz mit einer Netzspannung von 12 V angeschlossen ist. Abweichend von der Lehre der EP 1 713 148 A I , die auf dem grund- sätzlichen Ansatz basiert, in einem automobilen Bordnetz mit einer Netzspannung von 12 V den Verschleiß der Kohlebürsten durch eine Reduzierung des Widerstands des Kohlenstoffmaterials durch eine Beimischung eines Metallpulvers mit einem Anteil von 30 bis 60 % an der Gesamtmasse des Kohlenstoffmaterials zu reduzieren, hat sich nämlich herausgestellt, dass in einer Kraftstoffumgebung ein vergleichsweise geringerer Metallanteil zu besseren Ergebnissen betreffend die Reduzierung des Verschleißes im Kohlebürsten-Kommutator-System führt.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung eines Kohlenstoffver- bundmaterials herausgestellt, das einen Metallanteil von maximal 20 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials aufweist.
Wenn der Metallanteil dem Kohlenstoffverbundmaterial in Pulverform hinzugefügt ist, lässt sich eine besonders homogene Verteilung des Metallanteils im Kohlenstoffverbundmaterial erzielen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Metallanteil überwiegend Metallpartikel mit einem Partikeldurchmesser von bis zu 1 mm aufweist, wobei insbesondere dann, wenn 80 % oder besonders vorzugsweise 95 % der Metallpartikel einen Partikeldurchmesser von bis zu 1 mm aufweisen, ein besonders gleichmäßiger Verschleiß erzielbar ist. Hinsichtlich der Zusammensetzung des Metallanteils hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Metallanteil zumindest ein Metall der die Metalle Aluminium, Zink und Silber umfassenden Gruppe von Metallen aufweist. Im Fall der Ausbildung des Metallanteils aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung ist es besonders vorteilhaft, wenn der Metallanteil größer als 0,5 % und kleiner als 20 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials ist. Vorzugsweise beträgt der Metallanteil aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung maximal 10 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials.
Im Fall der Ausbildung des Metallanteils aus Zink oder einer Zink- Legierung ist es besonders vorteilhaft, wenn der Metallanteil größer als 0,5 % und kleiner als 20 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials ist.
Vorzugsweise beträgt der Metallanteil aus Zink oder einer Zink-Legierung maximal 10 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials.
Im Fall der Ausbildung des Metallanteils aus Silber oder einer Silber- Legierung ist es besonders vorteilhaft, wenn der Metallanteil größer als 0,5 % und kleiner als 15 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials ist.
Vorzugsweise beträgt der Metallanteil aus Silber oder einer Silber- Legierung maximal 10 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmate- rials.
Wenn der Metallanteil mehrere Metalle umfasst, kann der Metallanteil als Legierung oder auch als Gemisch dem Kohlenstoffmaterial hinzugefügt sein.
Die vorliegende Aufgabenstellung wird auch gelöst durch die Verwen- dung eines Kontaktkörpers zur Ausbildung eines elektrischen Kontakts an einer Kraftstoffpumpe, wobei der Kontaktkörper ausgebildet ist als ein Kohlenstoffformkörper aus einem Kohlenstoffverbundmaterial, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16. Vorzugsweise ist der erfindungsgemäß verwendete Kontaktkörper als Kohlebürste oder als Kommutatorsegment eines Kommutators ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe weist zumindest eine Kohle- bürste oder ein Kommutatorsegment auf, die bzw. das aus einem Kohlenstoffverbundmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16 hergestellt ist.
Nachfolgend werden bevorzugte Materialzusammensetzungen von zur Herstellung von Kontaktkörpern einer Kraftstoffpumpe verwendeten Kohlenstoffverbundmaterialien aufgeführt, wobei die nachfolgend angegebenen Prozentangaben mit einem Toleranzbereich von +/- 2 %, vorzugsweise +/- 1 %, zu verstehen sind.
In einer ersten Ausführungsform enthält das zur Herstellung einer Kohlebürste verwendete Material bezogen auf die Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials :
- 14 % thermoplastisches Bindematerial,
- 80 % Graphit,
- 1 % Putzmittel und
- 5 % Aluminiumpulver. Gemäß einer zweiten Ausführungsform enthält das zur Herstellung einer Kohlebürste verwendete Material bezogen auf die Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials :
- 7 % duroplastisches Bindemittel,
- 80 % Graphit,
- 5 % Festschmierstoff,
- 1 % Putzmittel,
- 7 % Aluminiumpulver. Gemäß einer dritten Ausführungsform enthält das zur Herstellung einer Kohlebürste verwendete Material bezogen auf die Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials :
- 10 % thermoplastisches Bindemittel,
- 67 % Graphit,
- 5 % Festschmierstoff,
- 1 % Putzmittel,
- 17 % Zinkpulver.
Gemäß einer vierten Ausführungsform enthält das zur Herstellung einer Kohlebürste verwendete Material bezogen auf die Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials :
- 7 % duroplastisches Bindemittel,
- 80 % Graphit,
- 5 % Festschmierstoff,
- 1 % Putzmittel,
- 7 % Silberpulver.
Gemäß einer fünften Ausführungsform enthält das zur Herstellung eines Kommutatorsegments verwendete Material bezo gen auf die Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials : - 10 % thermoplastisches Bindemittel,
- 80 % Graphit,
- 4 % Kohlefaser,
- 6 % Aluminiumpulver.
Gemäß einer sechsten Ausführungsform enthält das zur Herstellung eines Kommutatorsegments verwendete Material bezogen auf die Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials :
- 10 % duroplastisches Bindemittel,
- 75 % Graphit, - 15 % Zinkpulver.
Gemäß einer siebten Ausführungsform enthält das zur Herstellung eines Kommutatorsegments verwendete Material bezogen auf die Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials : - 10 % thermoplastisches Bindemittel,
- 76 % Graphit,
- 2 % Kohlefaser,
- 12 % Aluminiumpulver.
Gemäß einer achten Ausführungsform enthält das zur Herstellung eines Kommutatorsegments verwendete Material bezogen auf die Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials :
- 1 1 % duroplastisches Bindemittel,
- 80 % Graphit,
- 4 % Kohlefaser,
- 5 % Silberpulver.

Claims

Patentansprüche
Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials zur Herstellung von als Kohlenstoffformkörpern ausgebildeten elektrischen Kontaktkörpern einer in einer Kraftstoffumgebung betriebenen Kraftstoffpumpe, wobei das Kohlenstoffverbundmaterial neben dem Kohlenstoff ein duroplastisches oder thermoplastisches Bindemittel und einen Metallanteil aufweist, der größer als 0,5 % und kleiner als 25 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials ist.
Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 1, dadurch g e k e nn z e i c hn e t,
dass die Kraftstoffpumpe an ein automobiles Bordnetz mit einer Netzspannung von 12 V angeschlossen ist.
Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t,
dass der Metallanteil maximal 20 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials beträgt.
4. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t,
dass der Metallanteil dem Kohlenstoffverbundmaterial in Pulverform hinzugefügt ist.
5. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 4, dadurch g e k e nn z e i c hn e t,
dass der Metallanteil überwiegend Metallpartikel mit einem Partikeldurchmesser von bis zu 1 mm aufweist.
Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 5, dadurch g e k e nn z e i c hn e t,
dass mehr als 80 % der Metallpartikel einen Partikeldurchmesser -< bis zu 1 mm aufweisen.
Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 5, dadurch g e k e nn z e i c hn e t,
dass mehr als 95 % der Metallpartikel einen Partikeldurchmesser -< bis zu 1 mm aufweisen
Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t,
dass der Metallanteil zumindest ein Metall der die Metalle Aluminium, Zink und Silber umfassenden Gruppe von Metallen aufweist.
9. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 8, dadurch g e k e nn z e i c hn e t,
dass im Fall der Ausbildung des Metallanteils aus Alumium oder ei- ner Aluminium-Legierung der Metallanteil größer als 0,5 % und kleiner als 20 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials ist.
10. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 9, dadurch g e k e nn z e i c hn e t,
dass der Metallanteil maximal 10 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials beträgt.
11. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 8, dadurch g e k e nn z e i c hn e t,
dass im Fall der Ausbildung des Metallanteils aus Zink oder einer Zink-Legierung der Metallanteil größer als 0,5 % und kleiner als 20 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials ist.
12. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 11, dadurch g e k e nn z e i c hn e t,
dass der Metallanteil maximal 10 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials beträgt.
13. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 8, dadurch g e k e nn z e i c hn e t,
dass im Fall der Ausbildung des Metallanteils aus Silber oder einer Silber-Legierung der Metallanteil größer als 0,5 % und kleiner als 15 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials ist.
14. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach Anspruch 13, dadurch g e k e nn z e i c hn e t,
dass der Metallanteil maximal 10 % der Gesamtmasse des Kohlenstoffverbundmaterials beträgt. Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach einem der
Ansprüche 8 bis 14,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t,
dass ein mehrere Metalle umfassender Metallanteil dem Kohlenstoffverbundmaterial als Legierung hinzugefügt ist.
Verwendung eines Kohlenstoffverbundmaterials nach einem der
Ansprüche 8 bis 14,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t,
dass ein mehrere Metalle umfassender Metallanteil dem Kohlenstoffverbundmaterial als Gemisch hinzugefügt ist.
17. Verwendung eines Kontaktkörpers zur Ausbildung eines elektrischen Kontakts an einer Kraftstoffpumpe, wobei der Kontaktkörper hergestellt ist als Kohlenstoffformkörper aus einem Kohlenstoffverbundmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16. 18. Verwendung eines Kontaktkörpers nach Anspruch 17,
dadurch g e k e nn z e i c hn e t,
dass der Kontaktkörper als Kohlebürste ausgebildet ist.
Verwendung eines Kontaktkörpers nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kontaktkörper als Kommutatorsegment eines Kommutator ausgebildet ist.
20. Kraftstoffpumpe mit zumindest einer Kohlebürste nach Anspruch 18 oder einem Kommutatorsegment nach Anspruch 19.
EP16716169.4A 2015-03-30 2016-03-22 Verwendung eines kohlenstoffverbundmaterials zur herstellung von elektrischen kontaktkörpern für eine kraftstoffpumpe sowie kontaktkörper Withdrawn EP3278406A1 (de)

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