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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktelement und
insbesondere ein Kontaktelement, das an Kontakten von Bürsten und
einem Stromwender eines Motors oder Generators (Dynamo) oder an
Kontakten von Relais, Schaltern oder Verbindern verwendet werden
kann.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In
einem herkömmlichen
Motor verwendete Metall-Graphit-Bürsen werden mithilfe der Durchführung von
Misch-, Pressform- und Brennvorgängen auf
Graphit als Bürstenmaterial,
von Pech oder Kunstharzpulver als Bindemittel, Metallpulver, wie etwa
Kupferpulver oder Silberpulver und, wenn nötig, von Zusatzmitteln, wie
etwa Molybdändisulfid,
das als Festschmierstoff wirkt, hergestellt. Wenn die enthaltene
Metallpulvermenge groß ist,
gibt es auch Fälle,
in denen kein Bindemittel verwendet wird.
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Die
Metallbürsten
eines Motors und die elektrischen Kontakte eines Relais werden ebenfalls durch
Befestigen eines Kontaktelements aus Silber-Palladium, Gold-Silber
oder Ähnlichem
auf einem leitenden Federelement aus Phosphor-Bronze oder Ähnlichem
oder durch Ausstanzen eines Mantelelements hergestellt, an dem ein
Kontaktelement und ein Federelement miteinander verbunden sind.
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Die
elektrischen Kontakte der Verbinderanschlüsse werden durch Verzinnen
der gesamten Oberfläche
eines leitfähigen
Federelements oder durch Vergolden der Kontakte alleine ausgebildet, um
die Ausbildung eines Oxidfilms zu verhindern.
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Herkömmlicherweise
wird die Auswahl eines Materials für die elektrischen Kontakte
durch die Gesamtberücksichtigung
der Stärke
des durch die Kontakte fließendes Stroms,
des Kontaktwiderstands zwischen den Kontaktpunkten und der Umweltbeständigkeit
in einer Sulfidgas-Atmosphäre
und Ähnlichem
bestimmt, wobei es momentan nicht möglich ist, ein geeignetes Material
ohne die Durchführung von
Experimenten auszuwählen.
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Nicht
herkömmliche
elektrische Kontaktelemente, Motorbürsten und Relaiskontakte, die
in beweglichem Kontakt positioniert sind, werden oft unter der Annahme
einer zu erwartenden Abnutzung konstruiert und verwendet, so dass
ein Oxidfilm von der Oberfläche
der Kontaktpunkte entfernt werden kann.
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Die
Verschlechterung und der Verschleiß der Kontakte treten wie folgt
auf: Haftungsabrasion, die aufgrund der die Kontakte bildenden Materialien,
die an den Kontakten anhaften, und des Ablösens der Haftteile auftritt,
Schleifabrasion, bei der ein hartes Material, wie etwa ein Oxid,
entweder auf den Oberflächen
einer oder beider Gleitoberflächen
der Kontakte oder in dem Spalt zwischen beiden Kontakten erzeugt
wird und weiche Komponenten aufgrund eines klingenähnlichen
Effekts dieses harten Materials abgeschabt werden, Lichtbogenabrasion,
wie etwa Metalltransfer und Verdampfung, die eine Folge des Schmelzens
des die Gleitoberflächen
bildenden Metallpulvers aufgrund eines elektrischen Lichtbogens ist,
der an den Kontakten auftritt, und Erosion des die Bürsten bildenden
Graphits und der in dem Bindemittel vorhandenen Carbide, die eine
Folge der Überhitzung
der Gleitteile ist.
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Es
sollte hierbei angemerkt werden, dass der Anmelder der vorliegenden
Erfindung. zur Lösung der
oben genannten Probleme Bürsten
entwickelt hat, die Kohlenstofffasern aus Kohlenstoff-Nanofasern
oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen
umfassen und die bereits in einer Patentanmeldung (
japanische Patentanmeldung Nr. 2002-189706 )
eingereicht wurden.
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Das
in herkömmlichen
elektrischen Kontakten verwendete Graphit weist eine Lagen-Kristallstruktur
auf und ist anisotrop, worin die elektrische Leitfähigkeit
in einer Richtung zwischen den Schichten im Vergleich mit der elektrischen
Leitfähigkeit
in derselben Richtung wie die Schichten ungewöhnlich gering ist. Daher schwankt
der Kontaktwiderstand für Graphit-Graphit
und Graphit-Metall je nach Kontaktrichtung für den Graphit erheblich. Da
ein ausreichender Strom nur in der Richtung der Schichten in Graphit 8 fließt, fließt beispielsweise,
wie in 9 dargestellt, der Strom nur in der durch die
Pfeile in 9 angezeigten Richtung, was
zu einem Wirkungsgradverlust führt.
Es sollte hierbei angemerkt werden, dass das Bezugszeichen 5 die
Bürste, 6 den Stromwender
und 7 Kupferpulver bezeichnet. Da Aushöhlungen und viele Vorsprünge vorhanden
sind, ist der Kontaktbereich mit dem Stromwender 6 ferner klein
und die Gleiteigenschaften sind trotz einer Konstruktion mit Graphit
schwach ausgebildet, so dass die Schleifabrasion, die Lichtbogenabrasion
und die Erosion, wie oben beschrieben, wahrscheinlich eintreten
werden, was zu einer kürzeren
Lebensdauer führt.
Daher ist es zur Verlängerung
der Lebensdauer notwendig, die Länge
der Bürsten
zu erhöhen und/oder
einen Bürstenersatzmechanismus
zum regelmäßigen Austausch
der Bürsten
zu verwenden. Dies führt
zu einer Vergrößerung der
Größe der Motorteile,
an denen die Bürsten
befestigt sind, und zu einer höheren
Bedeutung des Reinigens oder Austausches der Bürsten für den Motorbenutzer.
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Ebenso
wenn Metall für
die elektrischen Kontakte verwendet wird, nimmt der Kontaktwiderstand aufgrund
der Oxidierung der Metalloberfläche
zu. Wenn ein Edelmetall verwendet wird, ergeben sich die Probleme
einer Kostenerhöhung
und des Schmelzens des die Kontakte bildenden Metalls sowie deren
Verdampfung aufgrund eines elektrischen Lichtbogens. Im schlimmsten
Fall tritt ein Verschweißen
der Kontakte auf.
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Es
sollte hierbei angemerkt werden, dass, wie in der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2002-189706 beschrieben,
wenn Kohlenstoff-Nanofasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen einfach in ein Material
gemischt werden, es nicht immer einfach ist, die Kohlenstofffasern
in einer Kontaktschicht dauerhaft zu verteilen.
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Die
vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die oben beschriebenen
Probleme zu lösen
und es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein elektrisches
Kontaktelement bereitzustellen, dessen Verschleiß verringert werden kann.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Ein
elektrisches Kontaktelement gemäß der vorliegenden
Erfindung ist durch eines oder beides aus leitfähigen Metallteilchen und leitfähigen Metallfasern,
die zumindest an deren Außenumfangsoberflächen mittels
Kohlenstoff-Nanofasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen modifiziert wurden,
gekennzeichnet, die in einer Kontaktschicht angeordnet sind, durch
die Strom hindurchfließt.
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Eine
Trägerschicht
ist auf einer hinteren Oberfläche
der Kontaktschicht bereitgestellt.
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Ein
Anfangs-Verschleiß-Schicht
kann auf einer Kontaktoberflächenseite
der Kontaktschicht ausgebildet sein.
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Das
elektrische Kontaktelement kann an einem Federelement befestigt
sein, dass platten- oder stabähnlich
ist.
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Graphit
kann in der Kontaktschicht enthalten sein.
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Kohlenstoff-Nanofasern
oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen
können
separat in der Kontaktschicht enthalten sein.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Diagramm, das zur Erläuterung eines
Metallteilchens hilfreich ist, das mithilfe von Kohlenstofffasern
modifiziert wurde,
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2 ist
ein Diagramm, das zur Erläuterung einer
Metallfaser hilfreich ist, die mithilfe von Kohlenstofffasern modifiziert
wurde,
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3 zeigt
eine Ausführungsform
einer Bürste,
bestehend aus einer ersten Bürstenschicht und
einer zweiten Bürstenschicht,
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4 zeigt
eine Ausführungsform,
die ferner mit einer Anfangs-Verschleiß-Schicht (einer dritten Bürstenschicht)
bereitgestellt ist,
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5 zeigt
eine Ausführungsform,
in der eine Brüste
an einer Blattfeder befestigt ist.
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6 zeigt
eine Ausführungsform,
in der die Blattfeder gespalten ist,
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7 ist
eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Querschnitts
einer Bürste,
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8 ist
eine Darstellung zur Erläuterung
eines Zustands hilfreich ist, in dem ein O-xidfilm auf einer Oberfläche eines
Metallteilchens ausgebildet wurde und
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9 ist
eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Querschnitts
einer herkömmlichen
Bürste.
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BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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Die
Verwendung bekannter Materialien als Kohlenstoff-Nanofasern oder
Kohlenstoff-Nanoröhrchen (hiernach
einfach als „Kohlenstofffasern" bezeichnet), die
von der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ist möglich.
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Leitfähige Metallteilchen
und/oder leitfähige Metallfasern,
von denen zumindest Außenumfangsoberflächen mit
den Kohlenstoff-Nanofasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen modifiziert wurden,
sind in einer Kontaktschicht angeordnet, durch die Strom hindurchfließt.
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Wie
in 1 und 2 zu sehen, bezieht sich insbesondere
der oben genannte Ausdruck „die leitfähigen Metallteilchen
und/oder die leitfähigen Metallfasern,
die mit Kohlenstofffasern modifiziert wurden" auf einen Zustand, in dem Basisteile
von Kohlenstofffasern 14 in Metallteilchen 10 oder
Metallfasern 12 eingebettet sind, wobei die Enden der Kohlenstofffasern 14 vorstehen,
und einen Zustand, in dem beide Enden der Kohlenstofffasern 14 eingebettet
sind und mittlere Teile derselben vorstehen und Ähnliches.
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Einige
der Kohlenstofffasern 14 sind komplett im Inneren der Metallteilchen 10 oder
der Metallfasern 12 eingebettet.
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Metallteilchen
oder leitfähige
Metallfasern, deren Außenumfangsoberflächen auf
diese Weise mit Kohlenstofffasern modifiziert wurden, werden mit anderen
Materialien gemischt, geformt und gesintert, um ein elektrisches
Kontaktelement zu erzeugen.
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Zur
Modifizierung der Metallteilchen 10 und der Metallfasern 12 mit
den Kohlenstofffasern 14, wie oben beschrieben, werden
die Kohlenstofffasern in einer nicht oxidierenden Hülle verteilt
und durch Umwandeln eines geschmolzenen Metalls zu Partikeln oder
Fasern in dieser nicht oxidierenden Atmosphäre unter Verwendung einer piezoelektrischen
Pumpe ist es möglich,
die Kohlenstofffasern an den Oberflächen der Teilchen oder Fasern
zu befestigen und anzubringen. Alternativ dazu kann das durch Kneten von
geschmolzenem Metall und Kohlenstofffasern hergestellte Verbundmaterial
gemahlen werden.
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Als
Alternative dazu ist die Erzeugung von Metallteilchen oder Metallfasern
möglich,
die mit Kohlenstofffasern durch Elektroplattieren von Metall und
in einer Plattierungsflüssigkeit
aufgelösten
Kohlenstofffasern und anschließendes
Trennen der Metallteilchen oder Metallfasern von der Kathodenoberfläche modifiziert
wurden.
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Die
Verwendung beliebiger Einwand- und Mehrfachwand-Kohlenstofffasern
ist möglich
und ein oder beide Enden der Fasern können durch Fullerenkappen mit
einer bedeckt sein.
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Es
sollte hierbei angemerkt werden, dass die oben erwähnten Kohlenstoff-Nanofasern Röhrchen sind,
deren Länge
der Kohlenstoff-Nanofasern zumindest hundertmal der Durchmesser
ist.
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Das
modifizierte Metall ist ein leitfähiges Metall, wie etwa Kupfer,
Aluminium oder Silber.
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Es
sollte hierbei angemerkt werden, dass die hier als Teilchen bezeichneten
Metallteilchen sphärisch,
nichtsphärisch
oder als dünne
Scheiben ausgebildet sind und keinen Formeinschränkungen unterliegen.
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Fasern
mit einem Durchmesser in einem Bereich von einigen nm bis einigen
hundert nm (etwa 300 nm) werden als die oben beschriebenen Kohlenstofffasern
verwendet.
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Es
sollte hierbei angemerkt werden, dass, wenn die Kohlenstofffasern
einen Durchmesser von weniger als 15 nm aufweisen, die Leitfähigkeit
abnimmt. Für
Kohlenstofffasern mit einem Durchmesser von weniger als 15 nm wird
die Leitfähigkeit
erzielt, wenn die beiden ganzen Zahlen n und m (Chiralitätsindizes),
die die Chiralitätsvektoren
bestimmen, welche die Spiralrichtung der Kristallstruktur anzeigt,
wie folgt sind.
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Also
wenn n – m
= ein Mehrfaches von 3 oder wenn n = m ist.
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Für Kohlenstofffasern
mit einem Durchmesser von 15 nm oder mehr wird Leitfähigkeit
sogar dann erzielt, wenn die Chiralitätsindizes die oben enwähnten Bedingungen
nicht erfüllen.
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In
der vorliegenden Erfindung wird ein Material, in das Kohlenstofffasern
gemischt sind, als elektrisches Kontaktelement verwendet und da
die oben erwähnten
Kohlenstofffasern keine anisotrope Leitfähigkeit wie Graphit haben,
fließt
der Strom auf der Oberfläche
in alle Richtungen. Die Kohlenstofffasern berühren einander oder andere Materialien
an der Oberfläche,
so dass die Verwendung von Metallteilchen oder Metallfasern ausreichend
ist, von denen zumindest die Außenschicht
(Kontaktschicht) mit den Kohlenstofffasern modifiziert wurde.
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Wenn
die Kontaktelemente beispielsweise Bürsten sind, werden leitfähige Metallteilchen und/oder
leitfähige
Metallfasern, die mit Kohlenstofffasern modifiziert wurden, in das
Material hinzugegeben, das die herkömmlichen Graphitbürsten oder Metall-Graphit-Bürsten bildet,
das Material wird gemischt, pressgeformt und anschließend gebrannt, um
die Bürsten
herzustellen. Hierbei sollte angemerkt werden, dass dies nur ein
einziges Beispiel des Herstellungsverfahrens ist und dass ein anderes
Verfahren verwendet werden kann.
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3 zeigt
eine Bürste 24,
bei der eine erste Bürstenschicht 20,
die Kohlenstoff-Nanofasern
oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen
enthält,
mit einer zweiten Bürstenschicht 22 kombiniert
ist, die keine Kohlenstoff-Nanofasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthält. Diese
Bürste 24 wird
durch Zuführen
eines Materials zu einer Form, so dass die gemischten Teilchen des
Bürstenmaterials,
das Metallteilchen und/oder Metallfasern enthält, die mit Kohlenstofffasern
modifiziert wurden, auf einer Stromwenderseite vorliegen und gemischte
Teilchen des Bürstenmaterials,
die keine solchen Metallteilchen oder Metallfasern umfassen, auf
der Nicht-Stromwenderseite vorliegen und durch anschließendes Pressformen
und Brennen der Materialien ausgebildet.
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Da
die Kohlenstofffasern sehr teuer sind, können die Kosten durch Trennen
der Bürste
in die erste Bürstenschicht 20 und
die zweite Bürstenschicht 22,
wie oben beschrieben, verringert werden.
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Das
Bürstenmaterial,
das keine der oben beschriebenen Metallteilchen und Metallfasern
enthält, die
mit Kohlenstofffasern modifiziert sind, umfasst Graphit, Metallpulver,
Pech oder Kunstharzpulver als Bindemittel und ein Festschmiermittel
als Zusatzmittel. Neben diesen werden das Vorhandensein/Fehlen und
die enthaltenen Mengen des Metallpulvers, Bindemittels und Zusatzmittels
gemäß der Verwendung angepasst
und unterliegen keinerlei Beschränkungen.
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Auf
dieselbe Weise wird die modifizierende Menge der Kohlenstoff-Nanofasern
oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen
gemäß der Verwendung
angepasst und unterliegt keinerlei Einschränkungen.
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In 4 wird
ein Beispiel einer Bürste 24 dargestellt,
das mit einer dritten Bürstenschicht 26 auf
einer Kontaktoberflächenseite
des Stromwenders der ersten Bürstenschicht
(Kontaktschicht) 20 der in 1 dargestellten
Bürste
bereitgestellt ist.
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Die
dritte Bürstenschicht 26 wird
als eine Anfangs-Verschleiß-Schicht
mit dem Ziel der schnellen Erzeugung von einem instabilen Kontaktzustand
für die
Bürste
und den Stromwender zu einem vorteilhaften Kontaktzustand aufgrund
des Verschleißes
der Bürstenschicht
hinzugefügt,
der durch die mechanischen Verschiebungen oder Schwingungen der Bürste und
des Stromwender verursacht wird, wenn der Motor anfänglich betätigt wird.
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5 stellt
eine Ausführungsform
dar, in der die Bürste 24,
welche die Kohlenstoff-Nanofasern oder
Kohlenstoff-Nanoröhrchen
umfasst, wie oben beschrieben, an einer Blattfeder 28 befestigt
wird.
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Neben
der oben beschriebenen gebrannten Komponente kann die Bürste 24 durch
Spritzgießen eines
durch Mischen von Metallteilchen oder Metallfasern, die mit den
Kohlenstoff-Nanofasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen, wie oben beschrieben,
in ein Kunstharz modifiziert wurden, hergestellten Materials geformt
werden.
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Beispielsweise
kann das Mittel zum Befestigen der Bürste 24 an der Blattfeder 28 das
Anhaften durch ein leitfähiges
Klebemittel oder eine mechanische Befestigungsmethode, wie etwa
durch Schrauben oder Crimpen, sein.
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6 zeigt
eine Ausführungsform,
in der der Kontakt zwischen der Bürste 24 und dem Stromwender
ferner durch Aufspalten eines vorderen Endes der Blattfeder 28 der
in 5 dargestellten Ausführungsform stabilisiert wird.
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Obwohl
die Bürsten
als Beispiele beschrieben wurden, können andere elektrische Kontaktelemente
auf dieselbe Art und Weise erstellt werden.
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Die
oben beschriebenen Kohlenstoff-Nanofasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind
aufgrund einer Struktur, in der eine Schicht des Graphitkristalls abgerundet
ist, elektrisch eindimensional, so dass ein stabilisierter niedriger
elektrischer Kontaktwiderstand zwischen den Materialien in der Zusammensetzung
immer erhalten wird, wie etwa zwischen den Kohlenstoff-Nanofasern
oder den Kohlenstoff-Nanoröhrchen
selbst, zwischen den Kohlenstoff-Nanofasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen und
Metall und zwischen den Kohlenstoff-Nanofasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen und
Graphit.
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Im
Vergleich mit anderen Materialien, die die elektrischen Kontakte
bilden, sind die Kohlenstoff-Nanofasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen so winzig,
dass die vorderen Enden der Kohlenstofffasern 10, die von
den Metallteilchen 10 und/oder den Metallfasern 12 vorragen,
in die Spalte zwischen den Materialteilchen vorstehen, wie in 7 dargestellt. Es
sollte hierbei angemerkt werden, dass in 7 das Bezugszeichen 30 Graphit
bezeichnet. Die Kohlenstofffasern 14 können ebenfalls separat in die Spalte
zwischen den Materialpartikeln gemischt werden.
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Als
Resultat werden Konkavitäten
auf der Kontaktmaterialoberfläche
aufgrund der Spalte zwischen den Materialteilchen mit den Kohlenstoff-Nanofasern
oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen,
wie oben beschrieben, gefüllt,
so dass die Oberflächenrauheit verbessert
wird und eine glatte Gleitoberfläche
oder Kontaktoberfläche
erhalten wird.
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Wie
in 8 zu sehen, werden die leitfähigen Kohlenstofffasern 14,
sogar wenn die Oberfläche der
Metallteilchen 10 oder der Metallfasern 12 oxidiert
wird, so dass die Teilchen oder Fasern mit einem nicht leitfähigen oxidierten
Film 32 abgedeckt sind, an den Kontaktpunkten aufrechterhalten
und eine Abnahme des Leistungsverhaltens der elektrischen Kontaktelemente
wird verhindert.
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Der
Schmelzpunkt der Kohlenstoff-Nanofasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen,
wie oben beschrieben, ist zumindest 2000 °C höher als der eines Metalls,
wie etwa Kupfer, das herkömmlicherweise für Kontakte
verwendet wird, so dass eine Verringerung des Verschleißes aufgrund
des Metalltransports und der Verteilung, die durch das aufgrund
der Lichtbögen
schmelzenden Metalls hervorgerufen wird, das in der Zusammensetzung
vorhanden ist, vorliegt.
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Außerdem sind
die oben beschriebenen Kohlenstoff-Nanofasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen Substanzen,
die eine sehr hohe chemische Stabilität aufweisen und in rauen Umgebungen,
wie etwa in Sulfidgasen, verwendet werden können.
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Wenn
das Material als Gleitelement, wie etwa als Bürste oder Stromwender, verwendet
wird, ist, da die Gleitoberfläche
geglättet
ist und eine Verringerung des Auftretens von Konvexitäten und
Konkavitäten
eintritt, ferner eine Verringerung des Reibungswiderstands, der
herkömmlicherweise
aufgrund des Einfangens von auf der Gleitoberfläche der Bürste und des Stromwenders vorhandenen
Konvexitäten
und Konkavitäten
auftritt, vorhanden und gleichzeitig liegt eine Verringerung der
Erzeugung von Vorsprüngen
aufgrund des Metalltransports des Metallleiters, der durch Lichtbögen verursacht
wird, vor, was zu einer Abnahme des Schleifabrasion führt.
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Durch
die Verbesserung der Oberflächenrauheit
wird der tatsächliche
Kontaktbereich zwischen den Bürsten
und dem Stromwender erhöht. Dadurch
wird der elektrische Kontaktwiderstand zwischen den Bürsten und
dem Stromwender verringert und die an die Kontakte angelegte Last
sowie der in diese eingeprägte
Strom werden verteilt, so dass die Wärmeerzeugung an den tatsächlichen
Kontaktpunkten verringert wird, die Anhaftung zwischen den Gleitoberflächen schwierig
wird und die Schleifabrasion ebenfalls verringert wird.
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Auf
dieselbe Weise wie die elektrische Leitfähigkeit verfügen außerdem die
Kohlenstoff-Nanofasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen über eine vorteilhafte Wärmeleitfähigkeit.
Als Resultat wird die an den Gleitoberflächen der Bürsten und des Stromwenders
erzeugte Wärme
rasch im Inneren der Bürsten verteilt,
so dass das Aufspröden
der Bürstenstrukturen
und die Erosion des Graphits aufgrund der Überhitzung der Gleitoberflächen verringert
werden. Demgemäß wird der
aufgrund des Wärmeaufsprödens der
Struktur auftretende Strukturbruch der Bürstenoberflächen, die auf dem Stromwender
gleiten, verringert.
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Effekt der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden,
oben beschriebenen Erfindung und im Gegensatz zu einem herkömmlichen
Kontaktelement weisen die an dem Außenumfang der Metallteilchen
und der Metallfasern befestigten Kohlenstoff-Nanofasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen eine
vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit auf,
sogar wenn ein im Vergleich zu einem Edelmetall billiges Metall,
wie etwa Kupfer, verwendet wird, so dass eine Erhöhung des
Kontaktwiderstands der elektrischen Kontakte sogar dann verhindert
werden kann, wenn ein nicht leitfähiger Oxidfilm auf der Oberfläche der
Metallteilchen und der Metallfasern, die an den elektrischen Kontakten
freiliegen, erzeugt wird.
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Die
große
Anzahl an winzigen Kohlenstoff-Nanofasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen dient
als elektrische Kontaktpunkte und erhöht daher die tatsächliche
Kontaktoberfläche,
die Dichte des an den Kontaktpunkten fließenden Stroms wird verringert
und die mechanische Last pro Einheitsoberflächenbereich an den Kontaktpunkten
wird ebenfalls reduziert.
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Die
vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit,
die Wärmeleitfähigkeit,
das Gleitverhalten und der hohe Schmelzpunkt der Kohlenstoff-Nanofasern
oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen verringern
die Erzeugung von Wärme
aufgrund des Widerstandsverlusts und der Reibung an den Kontakten
und der Verschleiß an
den Kontaktpunkten, die Anhaftung zwischen den Kontaktpunkten und
das Schmelzen, das Verdampfen und Ähnliches des die elektrischen
Kontakte bildenden Metalls aufgrund der Lichtbögen werden verringert.
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Außerdem kann
eine stabiliserte Verteilung der Kohlenstoff-Nanofasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen an
den elektrischen Kontakten unter Verwendung der Metallteilchen und
Metallfasern im Vergleich zu dem Fall, in dem die Kohlenstoff-Nanofasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen einfach
in das Material gemischt werden, einfach durchgeführt werden.
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Besonders
wenn ein elektrisches Kontaktelement durch Mischen der Metallteilchen,
der Kohlenstoff-Nanofasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen und
anderen Materialien erzeugt wird, kann die Leitfähigkeit durch das Vorstehen
der Kohlenstoff-Nanofasern oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen sogar
dann aufrechterhalten werden, wenn ein Oxidfilm aufgrund der Oxidierung
der Oberfläche
der Metallteilchen und Metallfasern erzeugt wird, so dass eine Abnahme des
Leistungsverhaltens des elektrischen Kontaktelements verhindert
werden kann.