DE2307560C3 - Contact brush from a multi-layer package - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktbürste, insbesondere für elektrische Maschinen, aus einem mehrschichtigen Paket, dessen Schichten aus elektrisch leitender metallischer Folie bestehen und mittels eines Haftmittels miteinander verbunden sind. Eine Kontaktbürste dieses Aufbaus, bei dem die schichten jedoch aus Kohlestücken bestehen, ist aus der DE-PS 7 20 320 bekanntThe invention relates to a contact brush, in particular for electrical machines, from one multilayer package, the layers of which are made of electrically conductive metallic foil and by means of a Adhesive are bonded together. A contact brush with this structure, but in which the layers do Coal pieces are known from DE-PS 7 20 320

Bei dieser bekannten Ausbildung ist auf die Klebeflächen der Kohlenstücke zunächst ein haftender Metallüberzug aufgetragen und das Haftmittel ist eine isolierende Klebstoffschicht Eine ähnliche Ausbildung ist noch aus der DE-PS 6 76 782 bekannt Dabei geht es um die Verbesserung der Kommutierungsfähigkeit, wozu außerdem die einzelne Kohleschicht schmaler sein muß als die doppelte Breite eines Stromwendersegments.In this known training, an adhesive is initially applied to the adhesive surfaces of the pieces of coal Metal coating is applied and the adhesive is an insulating adhesive layer. A similar design is still known from DE-PS 6 76 782 This is about improving the commutation ability, For which, in addition, the individual carbon layer must be narrower than twice the width of a commutator segment.

Kohlebürsten dieser Art gewährleisten keine optimale Kombination der wichtigsten Eigenschaften von Kontaktbürsten, als welche vor allem anzusehen sind ein niedriger ohmscher Widerstand der Bürste selbst und ein niedriger Obergangswiderstand zwischen Bürste und Kollektor, eine hohe Verschleißfestigkeit bei niedrigem Reibungskoeffizient, gute Stabilität des Kontaktes sowohl im Betrieb als auch bei längeren Stillstandzeiten sowie gute Festigkeit gegenüber Beschleunigungen, Schwingungen und Schlagbeanspruchungen.Carbon brushes of this type do not guarantee an optimal combination of the most important properties of Contact brushes, which are primarily to be regarded as having a low ohmic resistance of the brush itself and a low contact resistance between brush and collector, high wear resistance low coefficient of friction, good stability of the contact both during operation and during longer periods Standstill times as well as good resistance to acceleration, vibrations and impact loads.

Aui- der DE'PS 1 37 977 ist eine aus geschichteten oder zusammengefalteten Metallfolien bestehende Bürste bekannt, wobei diese allerdings keine Zwischen* lagen aufweisen und auch überhaupt nicht miteinander verbunden sind, sondern zur Erzielung des notwendigen Zusammenhalts in einen umschließenden Mantel in Form eines nahtlosen Metallrohres eingebracht sind. Hier geht es um die Erzielung eines guten Stromübergangs durch die Folienausbildung des Bürstenkörpers und um die Gewährleistung ausreichender Steifigkeit durch den umschließenden Mantel.Aui- der DE'PS 1 37 977 is a layered one known or folded metal foils existing brush, but this no intermediate * and are not connected to each other at all, but to achieve what is necessary Cohesion are introduced into an enclosing jacket in the form of a seamless metal tube. The aim here is to achieve a good current transfer through the foil design of the brush body and to ensure sufficient rigidity by the enclosing jacket.

Aus der US-PS 27 83 405 ist eine Kontaktbürste bekannt, bei der elektrisch leitende Schichten abwechselnd mit Polytetrafluorlthylenschichten, wobei diese vor allem den Bürstenverschleiß verringern sollen. Dabei muß, da das PTFE keine oder keine wesentlichen Klebeeigenschaften hat, der Zusammenhalt durch Pressen unter hohem Druck erzielt werden und die elektrische Leitfähigkeit der Bürste ist begrenztFrom US-PS 27 83 405 a contact brush is known in which electrically conductive layers alternate with polytetrafluorethylene layers, these above all to reduce brush wear. Since the PTFE has no or no essential Has adhesive properties, the cohesion can be achieved by pressing under high pressure and the electrical conductivity of the brush is limited

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Kontaktbürste geringen Eigenwiderstands, mit der ein zuverlässiger, stabiler elektrischer KontaktThe object of the present invention is to create a contact brush with low intrinsic resistance a reliable, stable electrical contact zwischen den Gleitflächen bei Aufrechterhaltung guter elektrischer und mechanischer Reibungseigenschaften gewährleistet ist Auch längere Stillstandzeiten unter ungünstigen Bedingungen, z. B. erhöhter Feuchtigkeit sollen die Güte des elektrischen Kontakts und damit dasbetween the sliding surfaces while maintaining good electrical and mechanical friction properties are guaranteed, even longer downtimes unfavorable conditions, e.g. B. increased humidity should improve the quality of the electrical contact and thus the zuverlässige Anlaufen eines mit der Kontaktbürstereliable starting of one with the contact brush ausgerüsteten Motors nicht in Frage stellen. Der BetriebDo not question the equipped engine. The operation

soll auch unter anderen extremen Bedingungen wie z. B.should also be used under other extreme conditions such as B.

im Hochvakuum zuverlässig bleiben.remain reliable in a high vacuum.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen Ausbil-Based on the training described at the beginning

dung wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäßapplication is to solve this problem according to the invention

vorgeschlagen, daß als Haftmittel ein elektrischsuggested that an electrically leitendes polymeres Bindemittel verwendet ist, dasconductive polymeric binder is used, the metallische Teilchen in kolloidalem Zustand enthältcontains metallic particles in a colloidal state

Bei einer solchen Ausbildung bewirkt die MetallfolieWith such a design, the metal foil has the effect

eine gute elektrische Leitfähigkeit und mechanische Festigkeit, während das polymere Bindemittel den Bürstenkörper monolithisch macht und sich dabei nicht sehr negativ auf die Leitfähigkeit auswirkt Dafür bildet sich auf der Arbeitsfläche der Bürste und des Kollektorsgood electrical conductivity and mechanical strength, while the polymeric binder has the Brush body makes monolithic and does not has a very negative effect on conductivity. Instead, the brush and collector form on the work surface ein dauerhafter Politurfilm, der die notwendigen elektrischen, Reibungs- und chemischen Eigenschaften aufweist und ein Diffusionsverschweißen verhinderta permanent polish film that has the necessary electrical, frictional and chemical properties and prevents diffusion welding

An sich ist aus der DE-OS 15 94 217 die Verwendung eines Klebemittels bekannt, das durch Zugabe vonIn itself, from DE-OS 15 94 217 the use an adhesive known that by adding

Kohle- oder Graphitteiichen elektrisch leitfähig gemacht ist Hier geht es allerdings um die Verbindung von Anoden einer Elektrolysezelle mit deren elektrisch leitfähigem Boden. Um die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Probleme geht es iiierbei nichtCarbon or graphite oak is made electrically conductive. However, this is about the connection of Anodes of an electrolysis cell with their electrically conductive base. To that of the present invention underlying problems are not applicable here

In einer zweckmäßigen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird als Haftmittel ein warmhärtbares Polymerhärz verwendet, z. B. vorteilhafterweise Polyvinyl furfural. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin-In an expedient development of the present invention, a thermosetting agent is used as the adhesive Polymer resin used, e.g. B. advantageously polyvinyl furfural. Another advantageous embodiment of the invention

dung ist es, dem Haftmittel AntifriktionszusätzeIt is necessary to add anti-friction additives to the adhesive zuzugeben, z.B. Polytelrafluoräthylenpulver, Graphitto be added, e.g. polytelrafluoroethylene powder, graphite

oder Molybdändisulfid oder eine Kombination hiervon.or molybdenum disulfide or a combination thereof.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung einerThe inventive training a Kontaktbürste wird eine hohe Verschleißfestigkeit undContact brush becomes high wear resistance and

so Stabilität des elektrischen Kontakts auch unter Bedingungen erhöhter Feuchtigkeit und im Vakuum erzieltthus stability of the electrical contact is achieved even under conditions of increased humidity and in a vacuum

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen weiter erläutert und zeigtThe invention is further explained and shown below by the description of exemplary embodiments with reference to the drawings

Fi g. 1 eine geschichtete Kontaktbürste und schematisch deren Zusammenwirken mit einem Kollektor, der z. B. in Form eines rotierenden unterteilten Zylinders ausgebildet ist; Fig.2 eine gewickelte Kontaktbürste mit Stromzu*Fi g. 1 a layered contact brush and schematically its interaction with a collector, the z. B. is in the form of a rotating divided cylinder; Fig. 2 a wound contact brush with power supply * leitung.management.

Die in Fig. I gezeigte Kontaktbürste stellt ein mehrschichtiges Paket aus elektrisch gut leitenden metallischen Folien 1 dar, wobei diese miteinander mittels eines polymeren Haftmittels 2 auf der Basis einesThe contact brush shown in Fig. I represents a multilayer package of electrically good conductive metallic foils 1, these with each other by means of a polymeric adhesive 2 on the basis of a

μ elektrisch leitenden polymeren Bindemittels, das metallische Teilchen in kolloidalem Zustand enthält, verbunden sind. Die auf diese Weise entstandene Kontaktbürste wirkt mit dem Kollektor A derart zusammen, daß dieμ electrically conductive polymeric binder, which contains metallic particles in a colloidal state, are connected. The contact brush produced in this way interacts with the collector A in such a way that the

Stirnflächender Folien 1 Berührung haben.Have 1 touch of the face of the foils.

Eine solche Ausführung der Bürste gewährleistet eine hohe mechanische Festigkeit, gute elektrische Leitfähigkeit und Stabilität der Eigenschaften auch bei fortschreitendem Verschleiß, Als Material für die metallischen Folien können verschiedene gut leitfähige Metalle wie Kupfer, Silber, Aluminium oder deren Legierungen je nach den an die Kommutierungseinrichtung gestellten Anforderungen benutzt werden.Such a design of the brush ensures high mechanical strength and good electrical conductivity and stability of the properties even with progressive wear, as a material for the metallic foils can be various highly conductive metals such as copper, silver, aluminum or their Alloys are used depending on the requirements placed on the commutation device.

Die Verwendung des Haftmittels auf der Basis eines elektrisch leitenden polymeren Bindemittels, dem metallischen Teilchen in kolloidalem Zustand zugesetzt sind, gewährleistet die Kompaktheit der Bürste, verhindert die Diffusionsverschweißung der Metalle von Bürste und Kollektor und erlaubt es, durch Änderung der Zusammensetzung und Struktur die mechanische Kennlinie, die Reibungscharakteristiken und die elektrischen Daten der Kontaktbürsten in einem weiteren Bereich einzustellen. Durch die Zugabe von metallischen Teilchen in kolloidalem Zustand wird vor allem bei hohen Gleitgeschwindigkeiten die Konstanz des Obergangswiderstandes zum Kollektor gewährleistet The use of the adhesive based on an electrically conductive polymeric binder, the metallic particles are added in a colloidal state, ensures the compactness of the brush, prevents diffusion bonding of the metals between the brush and collector and allows them to pass through Change in the composition and structure of the mechanical characteristics, the friction characteristics and to set the electrical data of the contact brushes in a wider range. By adding metallic particles in colloidal state will be present The consistency of the contact resistance to the collector is guaranteed, especially at high sliding speeds

Der Gehalt des kolloiden Metalls im Bindemittel kann in verschiedenen Grenzen schwanken. Die kolloiden Metallteilchen können im Haftmittel während der Formierung der Bürste durch thermische Zersetzung bestimmter, vorher in das Haftmittel eingeführter Metallverbindungen, vorwiegend von Karbonylen und Oxalaten, gebildet werden. Die sich bei der Zersetzung dieser Verbindungen bildenden Metallteilchen wirken aktiv mit dem Haftmittel und der metallischen Folie zusammen, verleihen der Bürste eine hohe elektrische Leitfähigkeit und thermische Stabilität sowie gewährleisten dank der politurbildenden Fähigkeit des elektrisch leitenden polymeren Bindemittels eine schroffe Senkung und Konstanz des Obergangswiderstandes.The content of the colloidal metal in the binder can vary within different limits. The colloids Metal particles can be present in the adhesive during the formation of the brush due to thermal decomposition certain metal compounds previously introduced into the adhesive, mainly carbonyls and Oxalates. The metal particles formed when these compounds decompose act Active together with the adhesive and the metallic foil, give the brush a high electrical power Conductivity and thermal stability as well as guarantee thanks to the polish-forming ability of the electric conductive polymeric binder a sharp decrease and constancy of the contact resistance.

Die politurbildende Fähigkeit zeigt sich während der Reibung der Bürste am Kollektor und besteht darin, daß sich auf den zusammenwirkenden Flächen von -Bürste und Kollektor eine dünne elektrisch leitende Schicht aus kolloiden Metaliteilchen im quasiflüssigen Zustand bildet. Das Vorhandensein der Politurschicht gestattet es, nicht nur den elektrischen Kontakt zu verbessern und zu stabilisieren, sondern auch die Verschleißfestig· keit der Bürste bei der Arbeit der Koüektoreinheit bei hoher Feuchtigkeit des umgebenden Mediums sowie bei der Arbeit im Vakuum stark zu erhöhen.The polish-forming ability shows itself during the rubbing of the brush on the collector and consists in that A thin electrically conductive layer forms on the interacting surfaces of the brush and collector forms colloidal metal particles in the quasi-liquid state. The presence of the polish layer is permitted not only to improve and stabilize the electrical contact, but also the wear resistance the brush during the work of the Koüektoreinheit high humidity of the surrounding medium as well as when working in a vacuum.

Bei harten Betriebsbedingungen wird das polymere Bindemittel zweckmäßige) weise maximal, nämlich bis zu 80 Gewichtsprozent und mehr, mit kolloidem Metall gefüllt Die geeignetsten Polymere sind in diesem Falle warmhärtbare Polymerharze auf der Basis von Epoxyd-, Phenolformaldehyd-, Furan- und anderen polymeren Gruppen.Under harsh operating conditions, the polymeric binder expediently becomes a maximum, namely up to to 80 percent by weight and more, filled with colloidal metal. The most suitable polymers in this case are Thermosetting polymer resins based on epoxy, phenol-formaldehyde, furan and other polymers Groups.

Es sei bemerkt, daß es während der Homogenisierung der Kontaktbürste notwendig ist, daß die Basis des polymeren Bindemittels eine große Anzahl von Wirkungsrichtungen hat Im besonderen wurden gute Ergebnisse bei der Verwendung von Polyvinylfurfural als polymeres Bindemittel erzieltIt should be noted that during the homogenization the contact brush is necessary that the base of the polymeric binder has a large number of In particular, good results have been achieved with the use of polyvinyl furfural achieved as a polymeric binder

Bei einer praktisch ausgeführten Kontaktbürste ausWith a practically designed contact brush off

to Silberfolie und Haftmittel auf der Basis von Polyvinylfurfural, das 85 bis 90% kolloides Silber enthält konnte der Übergangswiderstand zu einem Kollektor mit Palladiumüberzug bei einer Kontaktfläche der Bürste von 2 χ 2,5 mm auf 3,1 Ohm herabgesetzt werden. Dieto silver foil and adhesive based on polyvinyl furfural, which contains 85 to 90% colloidal silver could use the contact resistance to a collector Palladium coating can be reduced to 3.1 ohms with a contact surface of the brush of 2 × 2.5 mm. the

is Größe des Übergangswiderstands blieb auch nach 10 Tagen Verweilzeit der Kollektoreinheit unter Verhältnissen erhöhter Feuchtigkeit (98%) und bei 40⁰C niedrig. Die Stabilität des Übergangswiderstands wurde auch beim Betrieb dieser Bürsten in Gleichstrom-Kleinstmotoren mit Kupferkollekto. bestätigt Im Betrieb dieser Motoren ist die Bildung -jines weißen metailfarbenen Politurfilmes zu verzeichnen, der sich lange Zeit unter Bedingungen erhöhter und veränderlicher Feuchtigkeit und Temperatur erhält Dies garantiert einen zuverlässigen Anlauf des Elektromotors bei der Mindestspannung.is the size of the contact resistance of the collector unit under conditions of increased moisture (98%) and at 40 ⁰ C remained low even after 10 days' dwell time. The stability of the transition resistance was also increased when these brushes were operated in DC miniature motors with copper collectors. Confirmed During the operation of these motors, the formation of a white metal-colored polish film can be seen, which is maintained for a long time under conditions of increased and variable humidity and temperature. This guarantees a reliable start of the electric motor at the minimum voltage.

Die Verschleißfestigkeit der Kontaktbürste und der Kollektoreinheit insgesamt kann zusätzlich durch Zugabe von Antifriktionszusätzen in Form von Pulvern fester Schmiermittel, insbesondere aus Polytetrafluoräthylen, Molybdändisulfid, Graphit und anderen ähnlichen Stoffen zum Haftmittel erhöht werden. Die Menge der Antifriktionszusätze kann in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen bis zu 30% vom Haftmittelge-The wear resistance of the contact brush and the collector unit as a whole can also be increased by Addition of anti-friction additives in the form of powders of solid lubricants, in particular made of polytetrafluoroethylene, Molybdenum disulfide, graphite and other similar substances are increased to the adhesive. The amount of the anti-friction additives can be up to 30% of the adhesive

wicht betragen. Es kann nur eine Schmierstoffkomponente oder eine Kombination von diesen Komponenten zugegeben werden.be weight. Only one lubricant component or a combination of these components can be used be admitted.

Für Bürsten, welche zum Betrieb im Hochvakuum bestimmt sind, ist die Zugabe von Molybdändisulfid oder Niobdiselenid oder der beiden zusammen am zweckmäßige: en, während für den Betrieb der Kollektorcinheit unter atmosphärischen Verhältnissen die Zugabe von feindispersem Graphit hinreichend effektiv ist
Zur Herstellung eines elektrischen Anschlusses können Stromzuleitungen an mit Haltmittel nicht bedeckten Abschnitten der metallischen Folie oder Pakets angelötet oder angeschweißt werden. Eine gute Lösung stellt die in F i g. 2 gezeigte Verwendung von biättchenförmigen Stromzuleitungen 3 dar, die über dieFor brushes that are intended for operation in a high vacuum, the addition of molybdenum disulfide or niobium diselenide or both together is most appropriate, while the addition of finely divided graphite is sufficiently effective for operating the collector unit under atmospheric conditions
To produce an electrical connection, power supply lines can be soldered or welded to sections of the metallic foil or package that are not covered with holding means. A good solution is the one shown in FIG. 2 shows the use of platelet-shaped power supply lines 3, which are via the

so Abmessungen der Kontaktbürste hinausragen und eine Fortsetzung der einzelnen Folienschichten der Bürste bilden.so dimensions of the contact brush protrude and a Continuation of the individual layers of film to form the brush.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Kontaktbürste, insbesondere für elektrische Maschinen, aus einem mehrschichtigen Paket, dessen Schichten aus elektrisch leitender metallischer Folie bestehen und mittels eines Haftmittels miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Haftmittel (2) ein elektrisch leitendes polymeres Bindemittel verwendet ist, das metallische Teilchen in kolloidalem Zustand enthält1. Contact brush, especially for electrical machines, made from a multi-layer package, whose layers consist of electrically conductive metallic foil and by means of an adhesive are connected to one another, characterized in that an electrically conductive polymeric binder is used which contains metallic particles in a colloidal state Z Kontaktbürste nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von warmhärtbaren Polymerharzen als Haftmittel.Z contact brush according to claim 1, characterized by the use of thermosetting Polymer resins as adhesives. 3. Kontaktbürste nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von Polyvinylfurfural als warmhärtbares Polymerharz.3. Contact brush according to claim 2, characterized by the use of polyvinyl furfural as thermosetting polymer resin. 4. Kontaktbürste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Haftmittel Antifriktionszusätze enthält4. Contact brush according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive contains anti-friction additives 5. Kontaktbürste nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Antifriktionszusatz Polytetrafluoräthylenpulver, Graphit oder Molybdändisul-Hd oder eine Kombination hiervon verwendet ist5. Contact brush according to claim 4, characterized in that polytetrafluoroethylene powder, graphite or molybdenum disul-Hd or a combination thereof is used as the anti-friction additive