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Die Erfindung betrifft eine Bürste für eine Elektromaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine bekannte Bürste für eine Elektromaschine ist mit einer stromleitenden Litze ausgerüstet.
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Aus der Praxis sind mehrere Typen von Bürsten für Elektromaschinen bekannt.
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Gleitkontakte in der Form von Graphitbürsten sind ein wichtiger Bestandteil für die Stromübertragung in mehreren Elektromaschinen. Der Kohlenstoff und das Graphit besitzen gute Gleiteigenschaften und eine relativ gute Elektro- und Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Wärmebeständigkeit. Der Kohlenstoff ist nicht geschmolzen, sondern sublimiert bei Temperaturen über 300°C. Beim Vorkommen von Schaltfunken und -bögen ist die Bildung der Schmelztropfen, die auf den Metallkontakten auftreten, damit verhindert,
Naturgraphit weist als angewandter Rohstoff einen größeren oder kleineren Anteil von sehr fein zerstreuten Mineralverunreinigungen auf, die dem Naturgraphit eine bestimmte Abriebfestigkeit neben ausgezeichneten Gleiteigenschaften verleihen.
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In Kommutatormaschinen ist das Naturgraphit wegen seiner Schleifwirkung durch Elektrographit ersetzt. Naturgraphit jedoch erlangt nicht die Kommutierungseigenschaften, die bei derartigen Maschinen gefordert werden. Die Naturgraphitbürsten sind bis zu 10 A·cm–2 dauerbelastbar, vertragen aber kurzfristige Stromspitzen bis zu 20 A·cm–2. Elektrographit ist der am meisten universelle und angewandte Werkstoff für Graphitbürsten. Außer in Maschinen mit einfacher Isolation des Kommutators und schwer kommutierenden Motoren ist Elektrographit in den Kommutatoren auch in Ringen in bestimmten Grenzen verwendet. Die gute Wärmeleitfähigkeit vom Elektrographit in Verbindung mit der hohen Abriebbeständigkeit verhindert, dass die Graphitbürsten beim Funkenüberschlag nicht schnell verschlissen werden.
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Weiter ist Graphit mit einem Harzbindemittel bekannt. Dieser Werkstoff hat infolge des Gehalts an Harzbindemittel einen relativ hohen Widerstand im Bereich von 100 bis 300 μΩm. Er weist außerdem ein großes Verhältnis des Querwiderstands zum Längswiderstand auf. Der Längswiderstand ist durch die Tafelstruktur der verwendeten Graphite verursacht. Im Zusammenhang mit einer Übergangsspannung ist der Werkstoff fähig, Kurzschlussströme unter den durch die Graphitbürsten überbrückten Lamellen stark zu dämpfen. Er ist deshalb für Drehstrom-Kommutatormaschinen geeignet.
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Die Werkstoffe des Typs Metallgraphit sind aus Graphiten und Metallpulvern, vorzugsweise aus Kupfer, gefertigt. Sie zeichnen sich durch eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit aus. In Abhängigkeit vom Metallanteil und dessen Zusammensetzung bewegt sich der spezifische elektrische Widerstand des Graphits mit einem Metall im Bereich von 0,1 bis 10 μΩm. Das hat dann niedrige Kontaktwiderstände und Übergangsspannungen zur Folge. Das in einen Werkstoff implantierte Graphit leistet gute Gleiteigenschaften. Bei einem hohen Metallanteil besitzen die Metallgraphitbürsten im Vergleich zu klassischen Graphitbürsten erkenntlich ein höheres Gewicht. Daher ist es unter bestimmten Umständen notwendig und erforderlich, einen erhöhten Anpressdruck zu sichern. Die höchsten Umfangsgeschwindigkeiten betragen 30 m·s–1. Bei dem Metallgehalt können die Strombelastungen im Dauerbetrieb bis 25 A·cm–2 liegen.
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Der Werkstoff Kohlenstoff-Graphit liegt zwischen dem harten Kohlenstoff und Elektrographit. Er hat auch bestimmte Schleif- und Glanzeigenschaften. Dies ist aber sehr wenig ausdrucksvoll, da die einfache Isolation des Kommutators nicht verschleißen kann. Das Hauptanwendungsgebiet sind universelle Motoren mit einer vertieften Lamellenisolation. Der Werkstoff ist dort verwendet, wo die Elektrographitbürsten eine ungenügende Reinigungsfähigkeit haben, der harte Kohlenstoff aber infolge der hohen Reibung nicht angewendet ist. Die zulässige Umfangsgeschwindigkeit beträgt 25 m·s–1, die Strombelastungen sind bis zu 8 A·cm–2 zulässig. Das Hauptanwendungsgebiet der Graphitbürsten stellen Niederspannungsmaschinen mit hohen Stromdichten und nicht allzu extremen Kommutierungsansprüchen und auch Gleitringe mit höheren Stromdichten der Bürste dar.
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Damit ist es möglich, das Betriebsverhalten der Graphitbürsten unabhängig vom Material zu ändern. Neben den Blockbürsten sind noch weitere Formen von Graphitbürsten entwickelt, die dazu dienen, dass der Gleitkontakt der Graphitbürste den spezifischen elektrischen und mechanischen Verhältnissen und auch den Umgebungsbedingungen angepasst wird. Damit sind die Betriebseigenschaften der Maschine verbessert.
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Bei den zweifachen und dreifachen Graphitbürsten ist eine Blockbürste in zwei oder drei gleich große in Tangentialrichtung nebeneinander angeordneten Teilbürsten zur Sicherung von guten Kontaktbedingungen getrennt. Jede Teilbürste besitzt eine zugeordnete Stromzufuhr. Dabei ist es wichtig, dass alle Teilbürsten zur Rotoroberfläche gleichmäßig angedrückt werden. Das ist am besten ohne Armaturen-Graphitbürsten dadurch erreicht, dass mit Hilfe einer kleinen Platte aus Gummi oder gehärtetem Gewebe die obere Seite der Bürste beigelegt oder verklebt ist. Neben einer gleichmäßigen Druckverteilung ist dies auch mit dem Plättchen gezielt erreicht. Die Teilbürsten können um einen bestimmten Abstand in Radialrichtung gegeneinander unabhängig verschoben werden. Die Bürste kopiert dann besser die Unebenheiten der Abrundung des Kommutators. Die Verteilung der Bürstenmasse bildet dazu bei unrunden Kommutatoren kleinere Tragheitskräfte bzw. Beschleunigungskräfte, sodass die Kontaktstellen am Kommutator mechanisch weniger belastet sind. Es ist eine Bindungsauflösung zwischen der Bürstenmasse und dem Druckhebel mittels der am oberen Teil der Bürste bestückten Gummiunterlage bei den Bürstenhaltern mit Druckhebeln erlangt. Dies hat bei Vibrationen oder bei unrunden Kommutatoren eine Verminderung der Rückkräfte zwischen der Graphitbürste und dem Kommutator und gleichzeitig auch eine Änderung des Schwingungsvorgangs zur Folge.
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Die Ausführungen der Bürste mit einem Metallbügel, der auf der Teilbürste zum Zweck einer Druckverteilung versetzt ist, gewähren solche Vorteile nur teilweise. Die zweifachen oder dreifachen Graphitbürsten haben eine größere Menge an Kontaktstellen zwischen der Aktivfläche der Graphitbürste und des Kommutators. Dies führt zu einer Verminderung der örtlichen Stromdichte gegenüber dem Blockkohlenstoff. Das ist gleichzeitig mit einer Verlängerung der Kommutationszeit verbunden, sodass die Kommutierungsbelastung vermindert ist.
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Weiterhin gibt es auch Spreizgraphitbürsten. Dabei handelt es sich um eine Sonderform der doppelten Bürsten. Beide Teilbürsten haben dabei eine obere in der Richtung zur Mitte der Bürste geneigte Seite.
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Bei Bürstenhaltern mit einem Hebel mit der Gründung eines angepassten Druckteils oder bei Bürstenhaltern mit einer zusammengedrehten Bandfeder sind diese Bürstenhalter mit Hilfe einer Federrolle an die Kommutatoroberfläche angedrückt. In jedem Fall sind beide Teilbürsten bei der Sicht auf den Bürstenkopf gespreizt, sodass der Spielraum zwischen der Graphitbürste und dem Haltergehäuse verkleinert oder ganz eliminiert ist. Im Betrieb der Maschine mit einer Inklination zur Schwingung entsteht ein besserer Kontakt mit dem Kommutator infolge einer größeren durch die Verspreizung verursachten Reibung zwischen der Graphitbürste und der inneren Wand des Haltergehäuses.
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Bei einer sehr schweren Kommutation ist es möglich, Schichtbürsten zur Eliminierung des starken Funkenüberschlags, der Lamellenbeflammung und des großen Abriebs anzuwenden. Diese bestehen aus Zweifach- oder Dreifachbürsten, die aus zwei oder mehreren in Tangentialrichtung gegeneinander versetzten Teilbürsten bestehen, die aufeinander entweder stark widerstandsmäßig oder ganz isoliert verklebt sind. Damit ist der Längswiderstand im Kommutationskreis erhöht, und die Kommutation ist verbessert. Die Stromzufuhr zu einer solchen Bürste ist so ausgeführt, dass jede Teilbürste, d. h. jede Schicht, mit einer eigenen Stromzufuhrlitze ausgerüstet ist. Bei Zweischichtbürsten sind solche Litzen im Bereich der Klebeschicht befestigt, sodass beide Kohlenstoffteile einen gleichen Kontakt haben. Die direkte Verbindung einzelner Schichten hat zu Folge, dass der Querwiderstand nicht viel erhöht ist. In vielen Fällen genügt der Querwiderstand aber zu einer ersichtlichen Verbesserung der Kommutation. Eine wesentliche Erhöhung ist dadurch zu erreichen, dass der Strom über einen stark widerstandsmäßig auf die Teilbürsten geklebten Kohlenstoff-Kopfteil zugeleitet ist. Dann handelt es sich um Schichtbürsten mit einem Widerstandskopf. Diese Ausführung ist aber aufwändig und teuer. Die dünne aber relativ harte Klebeschicht leistet neben der Erhöhung des Querwiderstands auch eine schwache Reinigungswirkung, die sich auf dem Kontakt zwischen der Graphitbürste und dem Kommutator durchsetzt. Bei Mehrmaterial-Graphitbürsten sind einzelne Schichten mit verschiedenen Werkstoffen gebildet. Die speziellen Eigenschaften der Schichtgraphitbürsten sind erst in dem Fall voll durchgesetzt, wenn alle Teilbürstenschichten den Kommutator berühren. Dies ist die Voraussetzung für einen ruhigen Gang der Maschine.
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Bei den bekannten Konstruktionen der Bürsten ist die Bürstenlitze durch einen biegsamen Leiter gebildet, der aus Drahtlitzen gebundenen Kupferdrähtchen verdreht ist. Diese Bürste dient zur Stromübertragung aus einem rotierenden Teil, zum Beispiel einem Kommutator, eventuell einem Ring, in einen festen Teil einer Elektromaschine. Es ist bekannt, dass der Bürstenhalter ein guter Stromleiter ist. Deshalb erfordert die Entfernung des mit ihm geleiteten Stroms entsprechende Maßnahmen. Der Strom kann aus dem Kommutator in den festen Teil der Elektromaschine über verschiedene Wege strömen, und zwar in Abhängigkeit vom Widerstand der Leistungswege. Die Stromleitung über einen niederohmschen Kontakt ist optimal. Die Litze muss genügend biegsam sein, damit sie die Bewegung der Bürste nicht verhindert, die auch den Unebenheiten auf der Kommutatoroberfläche folgen muss.
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Die Litzen für die Graphitbürsten bestehen aus weichen leitfähigen Kupferdrähtchen. Die Litzen müssen welch und biegsam sein. Nach dem Schneiden dürfen deren einzelne Fasern nicht eigenmächtig zerfallen.
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Bei den Elektromaschinen mit großen Schwingungen ist empfohlen, die biegsamen Litzen mit einigen Stahlhaltern zu sichern. Die Litzen sind dann fester, und mit deren Flexibilität reduzieren sie teilweise die Vibrationen.
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Der Werkstoff für die Drähtchen mit einem Durchmesser von 0,063 und 0,071 mm ist weiches leitfähiges Kupfer. Die Kupferdrähte sind aus dem sog. OFHC-Kupfer erzeugt. Der spezifische Widerstand dieser Qualität ist ρ = 0,01786 Ωmm2m–1 und das spezifische Gewicht γ = 8,9 kpdm–3. Für einige größere Querschnitte der Litzen ist auch ein Drähtchen mit einem ⌀ von 0,112 mm verwendet, insbesondere bei Bürsten für Triebmotore mit großen Leistungen.
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Brechbarkeit von Litzen. Dieses Problem entsteht, wenn die Litzen in die Bürstenwerkstoffe eingepresst sind. Sie brennen dann mit den Kohlenstoffen aus. Der Brennprozess ist meistens in einer Wasserstoffatmosphäre in einem Ofen vorgenommen. Dabei geschieht es sehr oft, dass die Litzen nach dem Brennprozess durch den Einfluss der Wasserstoffkrankheit ganz zerbröselt sind. Diese Erscheinung entsteht im Kupfer schon bei einem Gehalt von 0,04% O2. Eine Eliminierung kann erst durch eine zusätzliche Verstemmung der schon ausgebrannten Bürsten erfolgen.
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Die Litzen sind durch Stauchen angeschlossen, bei dem die Litze in eine Gewindebohrung oder in eine konische Bohrung mit einem Gegenkonus eingelegt ist. Die Bohrung ist etwas größer als der Durchmesser der Litze. Dieser Zwischenraum wird in einer speziellen Maschineneinrichtung mit Pulverkupfer ausgefüllt. Es ist der niedrigste Übergangswiderstand erlangt, und der längste Arbeitsteil der Bürste bleibt.
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Beim Auswalzen ist die Litze über einem Kopf eines Zylinderniets befestigt. Wenn es erforderlich ist, an der Bürste zwei Litzen zu befestigen, ist die eine Litze von einer Seite und die zweite Litze von der anderen Seite angeschlossen. Der Zylinderniet wird ausgewalzt. Diese Verbindung hat große Mängel, vor allem in dem Fall, wenn die Litze nur um den Zylinderniet gedreht ist.
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Eine weitere Möglichkeit ist der Anschluss der Zuführung durch Schrauben. Die Bohrungen werden wie im vorhergehenden Fall aufgebohrt und verkupfert, und die Litze ist mit Hilfe einer Schraube befestigt. Der Vorteil ist, dass die Schraube und die Litze mehrfach zu verwenden sind. In der Praxis ist dies selten angewandt.
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Bei der Anwendung einer Armierung ist ein verzinktes Ende der Litze in einen Hals gesteckt, der in einer Armatur gebildet ist. Dann ist die Litze von der unteren Seite mit Zinn verbunden. Die auf diese Weise vorbereitete Hülse ist an der Bürste befestigt und mit Hilfe eines Zylinderniets am Bürstengehäuse fixiert. Der Bürstenkopf muss so abgefräst sein, dass beide Enden des Niets die Bürstenbreite nicht übergreifen. Dieser Armaturtyp ist wenig stabil. Der Niet kann sich nach einer Zeit lösen, und der gesamte Übergangwiderstand wird sehr stark erhöht.
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In einigen Fällen ist ein Einpressen verwendet. Die Litze ist mit Hilfe eines speziellen Zubehörs in eine Presse eingeführt, und zusammen mit der ausgepressten Bürste bleibt sie im Werkstoff eingepresst. Diese Technologie ist nur bei Kupfergraphiten verwendet. Dabei bestehen Probleme mit dem Brennprozess, denn die Litze ist dabei manchmal brüchig und zerbröselt, wenn auch eine Schutzatmosphäre im Ofen verwendet wird.
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Beim Anlöten wird die Bürste durchbohrt, und auf einer Seite wird die Bohrung erweitert. Nach dem Durchziehen der Litze wird deren Ende ein wenig entwunden und in dem erweiterten Teil angelötet, am häufigsten mit Zinn. Damit die Verbindung fester wird, wird der verzinnte Teil der Litze in die konische Bohrung zusätzlich gedrückt, womit eine festere Verbindung gebildet wird. Diese Weise wird nicht angewendet, weil bei dieser Art noch eine Cu-Applikation auf der Oberfläche der Bürste vorausgesetzt wird.
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Zur Verhinderung der Abnutzung des Bürstenkopfs und des Druckdaumens vom Bürstenhalter ist eine Blecharmatur an der Bürste befestigt. Diese Blecharmatur kann in der Form einer Schutzdämmung ausgebildet sein, die aus einem am Bürstenkopf montierten Messingblech besteht. Der Halterdaumen macht auch bei stärkeren Aufschlägen das Bürstengraphitgehäuse weich, weil er auf die Blechverwahrung drückt.
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Die Isolationsdämmung ist insbesondere in dem Fall angewandt, wenn ein unkontrollierbarer Stromdurchgang durch die Armatur verhindert werden soll. Der Halterdaumen drückt auf den Gummi oder das Kunststoffgewebe, das entweder geklebt oder in den Bürstenkopf gesteckt ist. Diese Ausführung ist die geeignetste und erweitertste Art. Es besteht aber ein Problem einer Gummisicherung gegen Schubkräfte.
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Die Leitungsisolierung ist bei weichen Graphitstoffen hauptsächlich dort verwendet, wo ein Problem mit dem Schlagen der Litze sowie mit der Bürstenkopfsicherung gegen Schläge des harten Halterdaumens auftritt. Mit Rücksicht darauf, dass die Armatur sich in der Praxis lockern kann, ist sie nicht oft angewandt.
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Am häufigsten sind Bürsten ohne Metallarmatur nur mit Dämpfungsunterlagen gefertigt, weil eine solche Ausfertigung billiger ist und die häufigen Schwingungen besser verträgt, denen die Bürsten ausgesetzt sind. Der untere Gummi ist auf den Kohlenstoff geklebt, und auf die obere Seite ist eine kleine Metallplatte geklebt, damit der Halterdaumen den weichen Gummi nicht beschädigt. Dazu verteilt die harte Dämpfungsunterlage die Kräfte auf beide Teile der Doppelbürste. Das Problem ist der Klebestoff, der auch bei erhöhter Temperatur hält. Die Seitenschubkräfte werden mit Vorsprüngen aufgefangen. Das geeignetste Mittel dafür ist ein Silikongummi, der die geforderten Temperaturen verträgt und nicht altert. Als Klebestoffe sind entweder Epoxid- oder Polyurethankleber verwendet.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Bürste für eine Elektromaschine zu entwickeln, die die Mängel der bekannten Bürsten vermeidet.
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Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die oben genannten Mängel der bekannten Bürsten sind im gerüttelten Maß mit der mit einer stromleitenden Litze ausgerüsteten Bürste einer Elektromaschine beseitigt. Das Wesentliche ist, dass mindestens deren Teil aus Kohlenstoff-Nanomaterialien gefertigt ist.
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Die Bürste ist aus einem Bund von Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit dem Vorteil erzeugt, dass deren Durchmesser 1 bis 100 nm beträgt. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen können in dem Bund in Form eines Netzes zusammengeflochten sein, das in der geforderten Form zusammengewickelt und geformt ist.
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Der Bürstenauslass ist mit der Ausführung in einer günstigen Durchführung mit verschiedener Geometrie ausgerüstet. Die Litze ist in den Nanoröhrchenbund gesteckt oder auch in anderer Weise elektrisch leitfähig angeschlossen. Die Bürste ist mit optischen Fasern und Bohrungen ausgerüstet.
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Die Bürste ist vorteilhaft mit Teflon, Metall oder Kohlenstoff ausgefüllt, wobei verschiedene Werkstoffe in deren verschiedenen Schichten verwendet sind.
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Die Bürste für eine Elektromaschine ist aus Kohlenstoff-Nanomaterialien hergestellt, und als Nanoröhrchen, Nanonetz usw. ausgebildet. Diese können in dem Bund strukturiert sein, eventuell in Form eines Nanogewebes, das in einem geeignet geformten Bund zusammengewickelt ist.
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Die Bürste ist in Pyramidenform ausgebildet oder ist in eine Abdeckung in Pyramidenform gesteckt.
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Die angeführte Lösung bringt vor allem eine Elastizitätserhöhung und ermöglicht die Ausnutzung des kapillaren Effekts und weiterer Effekte. Sie ermöglicht eine Imprägnierung mit verschiedenen Materialien und in verschiedenen Phasen des in verschiedenen Prinzipien bestehenden Erzeugungsvorgangs leitfähig und nichtleitend. Es ist die Kontaktbildung zwischen der Bürste und dem Kommutator oder dem Ring verbessert. Damit ist die Degradation der äußeren Oberfläche des Kommutators oder des Rings sichergestellt. Die Imprägnierung der Bürste mit einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, zum Beispiel in bestimmter Höhe der Bürste, ermöglicht die Ausführung von hochwerten Auslässen aus den Bürsten. Der Auslass ist in kurzer Strecke abzuwickeln. Damit ist es möglich, die Nutzungsdauer der Bürsten zu verlängern. Es ist auch möglich, den Querwiderstand der Bürste auf geeignete Weise zu modifizieren bzw. auch zu steuern und damit die Qualität der Maschinenkommutation effektiv zu beeinflussen. Es sind dabei einige technologische Arbeitsgänge zu eliminieren, z. B.: die Herstellung der Stemmpulver, das Stemmen, die Armierung einiger Bürsten, die Bohrung in die Bürste, das Scheiden der komplizierten geometrischen Formen, die Herstellung verschiedener Mittel usw. Durch die Innovation der Bürste ist es möglich, die Herstellung nicht nur beträchtlich zu vereinfachen, sondern auch in deren Verlauf progressive Technologien auszunutzen.
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Die Nanoröhrchen sind in Bünden zusammengeflochten, weiter zusammengerollt und erst dann in die geforderten Formen gebracht. Dabei sind auch komplizierte Formen anzuwenden, die einer optimalen Geometrie – vom Gesichtspunkt mechanischer, Wärme-, EMC-, chemischer und anderer Eigenschaften – entsprechen. Die Nanoröhrchen ermöglichen einen Übergang aus der Bürstenausführung in ein eigenes Bürstengehäuse. Die Bürstenausführungen sind in verschiedener Geometrie und eventuell auch mit abgestuftem Durchmesser so vorzunehmen, dass eine optimale Stromverteilung erzielt ist. Es sind verschiedene Geometrien der Nanomaterialien auszunutzen und damit die Grundparameter der Bürste zu beeinflussen. Die Nanomaterialien ermöglichen die Bildung eines kapillaren Auftriebs im Bereich der Kontaktzone und damit auch residuales H2O zu absorbieren. Die Bürsten sind zu jeder Maschine ganz individuell und mit optimalen Parametern zu bereiten. Mit der Ausnutzung der Nanomaterialien sind die Stromleitungen durch den Bürstenhalter zu eliminieren. Bei der Anwendung in einzelnen Teilnanoröhrchen sind auch die Kohlenstoff-Halbleiter zu bilden und deren Parameter einzustellen. Damit sind die Nanoröhrchen durch die Komponenten der elektronischen Einrichtungen zu ersetzen, auch die EMC sind unmittelbar und problemlos zu eliminieren. Bei diesen Bürsten sind der Reibungskoeffizient, die Werkstoffkennziffern und der Stromleitungscharakter im Zwischenkontaktraum zu beeinflussen.
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Das Kohlenstoff-Nanoröhrchen stellt eine spezielle im Jahr 1991 entdeckte Form des Kohlenstoffs dar. Der Durchmesser von Nanoröhrchen beträgt 1 bis 100 nm, und ihre Länge kann mehr als 100 um betragen. Die Nanoröhrchen sind einschichtig oder aus einigen Schichten zusammengesetzt. Sie widerstehen einer Temperatur bis 2000°K und sind chemisch stabil. Sie weisen eine gute Wärmeleitfähigkeit, eine hohe Festigkeit und gute mechanische Eigenschaften auf.
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Die Nanoröhrchen mit einer Abmessung kleiner als 10 nm sind unter solche Abmessungen eingegliedert, bei denen die Quanteneigenschaften die Molekulareigenschaften beherrschen. Das führt zur Bildung von unikalen elektrischen und magnetischen Eigenschaften. Zum Beispiel beträgt der spezifische Widerstand um 8 uΩm·m.
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In Abhängigkeit von der Struktur des Nanoröhrchens können sich Eigenschaften eines Halbleiters und eventuell auch von Metallen äußern. Beträgt der Durchmesser des Nanoröhrchens 1 um, dann beträgt der Querschnitt 1,43·10–18 m2. Bei einer Belastung von 100 nN ist eine Spannung von 70 GPa erreicht, und die Verformung beträgt 6,6%. Das Jung-Modul beträgt E = 1060 GPa. Die Einlagenrohre biegen sich, und die Mehrlagenrohre bleiben eben.
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Bei Bürsten in Pyramidenform oder bei Bürsten, die in einer Abdeckung in Pyramidenform eingebracht sind, kommt es zu einer langsameren Abnutzung,
Vorteile der angeführten Lösung sind vor allem eine universelle Ausführung der Bürsten, deren Preis, Betriebsökonomie, die ökologische Lösung, die Lebensdauer und minimale Wartungsansprüche. Die Bürsten sind für kleine Maschinen und Mikromaschinen besonders gut geeignet, wobei bestehende Herstellungstechnologien mit großem Arbeitsaufwand und Ausschussanteil anwendbar sind.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine flexible Nanostruktur,
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2a–2c Strukturmodelle von Einschichtnanoröhrchen,
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3a–3e die Zusammensetzung einzelner Fasern von Nanoröhrchen,
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4a u. 4b Kohlenstoffzwiebelstrukturen mit fünf Schichten aus konzentrischen Fullerenen der Symmetrieachse,
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5a–5c mögliche Zusammensetzungen zur Bürstenherstellung in der Form einer zusammengesetzten Struktur eines Prismas und einer Rolle und
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6 schematisch eine Bürste aus einem Nanogewebe.
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Die Ausführung der Bürste aus Nanomaterial kann als Bürste von Nanoröhrchen oder als Bürste aus einem Nanogewebe durchgeführt sein. In dem ersten Fall hängt die Konstruktionsausführung von Maschinenkubatur, Betriebsumdrehungen, Umgebung, Stromwert, Vibrationsniveau usw. ab. Das Nanogewebe kann aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff oder aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, zum Beispiel aus Kohlenstoff, gebildet sein. In diesem Fall ist das Nanogewebe in der geforderten Form gerollt, eventuell gepresst. Die Bürstengeometrie ist geformt, mit einem elektrisch leitfähigen Werkstoff imprägniert und eventuell durch Lahnfäden angeschlossen. Für einige Applikationen ist eine Sandwichstruktur zu wählen. In einem solchen Fall ist die Bürstengeometrie durch eine fortschreitende Zusammensetzung einzelner Schichten aufeinander, Zusammenpressen, Imprägnierung und eventuell durch Anschluss der Bürstenausführungen gebildet.
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Die Bürste muss nicht mit Lahnfäden ausgerüstet sein, und die Stromzuleitung kann mit dem Bürstenhalter ausgeführt sein, der mindestens teilweise aus Teflon besteht.
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Die mit einer stromleitenden Litze ausgerüstete Bürste für eine Elektromaschine findet Durchsetzung vor allem bei Elektromotoren, Einrichtungen zur Stromübertragung aus einem stationären Teil in einen Rotationsteil, Erdungen von Bauteilen usw.
