Beschreibung

Titel

Verfahren zur Herstellung einer Bürste zur Stromversorgung elektrischer Maschinen, ins- besondere von Kommutatormaschinen

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik sind Kommutatormaschinen in der Gestalt von Startvorrich- tungen für Brennkraftmaschinen bekannt. Für derartige Maschinen werden seit jeher ein- komponentige Bürsten verwendet. Veränderte Anforderungen für derartige Startvorrichtungen - wie beispielsweise der sogenannte Start-Stopp-Betrieb - führen zu sehr häufigen Starts.

Der Strom wird über ein oder mehrere Bürstenpaare über den Kommutator in eine Ankerwicklung eingeleitet. Diese Bürsten bestehen meist aus einem Sinterwerkstoff, welcher hauptsächlich Kupfer- und Graphitanteile hat. Diese Kohlebürsten sowie der Kommutator unterliegen im Betrieb einem Verschleiß. Dabei sind Starter typischerweise für den kurzzeitigen Betrieb ausgelegt und normalerweise für 30-60.000 Schaltzyklen geeig- net.

Soll der Starter für höhere Lasten bzw. für längere Laufzeiten (wie z.B. beim Start- Stopp- Betrieb erforderlich) ausgelegt werden, so zeigt sich, dass ein ideal abgestimmtes System von Schmierung und Reinigung notwendig ist. Aufgrund der langen Laufzeiten der Bürsten muss das abgetragene Material und auch der aufgebaute Gleitfilm auf dem

Kommutator wieder durch Reinigen entfernt werden. Um eine ideale Reinigung der Oberfläche zu erzeugen werden deshalb in die Kohlebürsten unterschiedliche Substanzen eingemischt, die dafür sorgen, dass die Oberfläche des Kommutators einen gleichbleibend sauberen und gleichzeitig auch schmierenden Belag besitzt.

Gegenwärtig werden Bürsten beispielsweise mit zwei verschiedenen Schichten (Leistungsschicht und Kommutierungsschicht) verwendet, die quer zur Verschleißrichtung der

Bürsten angeordnet sind. Diese Schichten sind über die komplette Verschleißlänge homogen gemischt. Aufgrund des Kohlebürstenverschleißes und auch des Kommutatorverschleißes ändern sich die Bedingungen für die Kohlebürsten stetig. Die Anpresskraft nimmt normalerweise über die Laufzeit aufgrund des Verschleißes ab und damit ändern sich auch die mechanischen/elektrischen Bedingungen.

Es besteht daher die Aufgabe Bürsten verwenden zu können, die die bekannten Nachteile vermeiden.

Offenbarung der Erfindung

Anhand von verschiedenen Figuren werden nachfolgend verschiedenen Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. Ia bis h ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung einer Bürste,

Fig. 2a bis g ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung einer Bürste,

Fig. 3a bis d ein drittes Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung einer Bürste,

Fig. 4a bis d eine Variante des dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 5a bis d ein viertes Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung einer Bürste,

Figur 6a eine Bürste nach den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 1 bis 3, Fig. 6b eine Bürste nach dem letzten Ausführungsbeispiel.

Erstes Ausführungsbeispiel

Fig. Ia bis h zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Bürste 10 zur Stromversorgung e- lektrischer Maschinen, insbesondere von Kommutatormaschinen, mit zumindest zwei

Bürstenabschnitten 13, 16, 19. Hierzu wird zunächst eine Form 22 mit zumindest zwei verschiedenen leitenden Pulvern, einem ersten und einem zweiten Pulver 25, 28 befüllt.

In die Form 22 wird zuvor zumindest ein Begrenzungselement 31 (hier Füllverhinde- rungselement) eingesetzt, wodurch zumindest ein erster Formraumabschnitt 34 von einem zweiten Formraumabschnitt 37 abgegrenzt und zum Befüllen mit Pulver 28 freigehalten wird. Danach wird in den zumindest einen freigehaltenen bzw. leeren ersten Formraumabschnitt 34 ein erstes Pulver 25 eingefüllt.

Nach dem Einfüllen des ersten Pulvers 25 in den ersten Formraumabschnitt 34 (Fig. Ib) wird das zumindest eine Begrenzungselement 31 aus der Form 22 entfernt (Fig. Ic) und in den dadurch befüllfähigen zweiten Formraumabschnitt 37 wird ein zweites Pulver ein- gefüllt (Fig. Ie).

Danach kann eine Glättung beispielsweise durch Rütteln oder Pressen - dargestellt durch die symbolisch dargestellte Kraft F - erfolgen (Fig. Ie').

Es werden aus dem ersten Pulver 25 und dem zweiten Pulver 28 jeweils in etwa gleich dicke Schichten gebildet und anschließend auf das erste Pulver 25 und das zweite Pulver 28 zumindest eine weitere Schicht 40 aus Pulver 43 eingefüllt.

Es kann vor dem Einfüllen der weiteren Schicht 40 aus Pulver 43 ein Vorpressen (Press- teil 44) des ersten und zweiten Pulvers 25, 28 erfolgen (Fig. Ie'), um ein Vermischen des ersten und zweiten Pulvers 25, 28 mit der weiteren Schicht 40 zu verhindern und so eine deutliche Grenze 46 zwischen dem ersten und zweiten Pulver 25, 28 mit der weiteren Schicht 40 zu erhalten.

Nach dem Befüllen der Form 22 werden die sich in der Form befindenden Schichten 40 und 49, vorzugsweise unter Temperatureinwirkung, gepresst (Pressteil 50) und gebunden, so dass ein inneren Zusammenhalt aufweisender Pressung entsteht, der als Bürste 10 zur Stromversorgung elektrischer Maschinen geeignet ist.

Während des Pressens kann ein Bürstenanschluss, bspw. eine Litze, mit zumindest einem Pulver verbunden werden.

Es ist vorgesehen, dass die weitere Schicht 40 aus einem Pulver 43 besteht, das einen niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand als das erste oder zweite Pulver 25, 28 aufweist und das erste oder zweite Pulver 25, 28 mit einem Anteil von insbesondere körnigen Putzmitteln versehen ist, der höher ist als ein Anteil von Putzmitteln in der weiteren Schicht.

Putzmittel weisen eine höhere, d. h. die höchste, Härte als andere Bestandteile des für den Verschleiß vorgesehenen Anteils der Bürste auf.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die weitere Schicht 40 aus einem Pulver 43 besteht, dass einen niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand als das erste Pulver 25 aufweist und das zweite Pulver 28 ein Pulver mit einem Anteil von Putzmitteln versehen ist, der höher ist als ein Anteil von Putzmitteln in der weiteren Schicht 40.

Die Putzmittel dienen zum Säubern der Oberfläche des Kommutators.

Es ist vorgesehen, dass das erste Pulver eine Kommutierungsschicht und die weitere Schicht eine Leistungsschicht bildet.

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 2a bis g zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Bürste 10 zur Stromversorgung e- lektrischer Maschinen, insbesondere von Kommutatormaschinen, mit zumindest zwei Bürstenabschnitten 13, 16, 19. Hierzu wird zunächst eine Form 22 mit zumindest zwei verschiedenen leitenden Pulvern, einem ersten und einem zweiten Pulver 25, 28 befüllt.

In die Form 22 wird zuvor zumindest ein Begrenzungselement 31 in der Form einer Trennplatte eingesetzt wird, wodurch zumindest ein erster Formraumabschnitt 34 von einem zweiten Formraumabschnitt 37 abgegrenzt und zum Befüllen mit Pulver 28 freigehalten wird und danach in den zumindest einen freigehaltenen ersten Formraumab- schnitt 34 ein erstes Pulver 25 eingefüllt wird.

Nach dem Einfüllen des ersten Pulvers 25 in den ersten Formraumabschnitt 34 (Fig. 2b) wird neben das eine Begrenzungselement 31 in den befüllfähigen zweiten Formraumabschnitt 37 ein zweites Pulver eingefüllt (Fig. 2c).

Danach kann eine Glättung erfolgen (Rütteln oder Pressen).

Es werden aus dem ersten und dem zweiten Pulver 25, 28 jeweils in etwa gleich dicke Schichten gebildet und anschließend auf das erste und zweite Pulver 25, 28 zumindest eine weitere Schicht 40 aus Pulver 43 eingefüllt. Vorzugsweise wird das Trennelement 31 zuvor aus der Form 22 entfernt, Fig. 2d und Fig. 2e.

Vor dem Einfüllen des zweiten Pulvers 28 kann das erste Pulver 25 durch ein überde- ckungsverhinderungselement 60 abgedeckt werden (Fig. 2c').

Es kann vor dem Einfüllen der weiteren Schicht 40 aus Pulver 43 ein Vorpressen (Press- teil 44) des ersten und zweiten Pulvers 25, 28 erfolgen (s. a. Fig. Ie'), um ein Vermischen des ersten und zweiten Pulvers 25, 28 mit der weiteren Schicht 40 zu verhindern und so eine deutliche Grenze 46 zwischen dem ersten und zweiten Pulver 25, 28 mit der weiteren Schicht 40 zu erhalten.

Nach dem Befüllen der Form 22 werden die sich in der Form befindenden Schichten 40 und 49 - letztere ist die erste eingefüllte Schicht - vorzugsweise unter Temperatureinwirkung, gepresst (Pressteil 50, vgl. Fig. Ih) und gebunden, so dass ein inneren Zusammenhalt aufweisender Pressung entsteht, der als Bürste 10 zur Stromversorgung elektrischer Maschinen geeignet ist.

Während des Pressens kann ein Bürstenanschluss, bspw. eine Litze, mit zumindest einem Pulver verbunden werden.

Es ist vorgesehen, dass die weitere Schicht 40 aus einem Pulver 43 besteht, das einen niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand als das erste oder zweite Pulver 25, 28 aufweist und das erste oder zweite Pulver 25, 28 mit einem Anteil von insbesondere körnigen Putzmitteln versehen ist, der höher ist als ein Anteil von Putzmitteln in der weiteren Schicht 40.

Putzmittel weisen eine höhere, d. h. die höchste, Härte als andere Bestandteile des für den Verschleiß vorgesehenen Anteils der Bürste 10 auf.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die weitere Schicht 40 aus einem Pulver 43 besteht, dass einen niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand als das erste Pulver 25 aufweist und das zweite Pulver 28 ein Pulver mit einem Anteil von Putzmitteln versehen ist, der höher ist als ein Anteil von Putzmitteln in der weiteren Schicht 40.

Es ist vorgesehen, dass das erste Pulver eine Kommutierungsschicht und die weitere Schicht eine Leistungsschicht bildet.

Drittes Ausführungsbeispiel

Fig. 3a bis d zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Bürste 10 zur Stromversorgung e- lektrischer Maschinen, insbesondere von Kommutatormaschinen, mit zumindest zwei Bürstenabschnitten 13, 16, 19. Hierzu wird zunächst eine Form 22 mit zumindest zwei verschiedenen leitenden Pulvern, einem ersten und einem zweiten Pulver 25, 28 befüllt. In die Form 22 zumindest ein Begrenzungselement 31 eingesetzt wird, wodurch zumindest ein erster Formraumabschnitt 34 von einem zweiten Formraumabschnitt 37 abgegrenzt und zum Befüllen mit Pulver 28 freigehalten wird und danach in den zumindest einen, hier zwei, freigehaltenen bzw. leeren ersten Formraumabschnitt 34 ein erstes Pulver 25 eingefüllt wird.

Nach dem Einfüllen des ersten Pulvers 25 in den ersten Formraumabschnitt 34 bzw. die ersten Formraumabschnitte 34 (Fig. 3a) wird nach dem Entfernen des Begrenzungselements 31 in den befüllfähigen zweiten Formraumabschnitt 37 ein zweites Pulver eingefüllt (Fig. 3c).

Danach kann eine Glättung erfolgen (Rütteln oder Pressen).

Es werden aus dem ersten und dem zweiten Pulver 25, 28 jeweils in etwa gleich dicke Schichten gebildet und anschließend auf das erste und zweite Pulver 25, 28 zumindest eine weitere Schicht 40 aus Pulver 43 eingefüllt.

Es kann vor dem Einfüllen der weiteren Schicht 40 aus Pulver 43 ein Vorpressen (Pressteil 44, vgl. auch Fig. Ie') des ersten und zweiten Pulvers 25, 28 erfolgen, um ein Vermischen des ersten und zweiten Pulvers 25, 28 mit der weiteren Schicht 40 zu verhindern und so eine deutliche Grenze 46 zwischen dem ersten und zweiten Pulver 25, 28 mit der weiteren Schicht 40 zu erhalten.

Nach dem Befüllen der Form 22 werden die sich in der Form befindenden Schichten 40 und 49, vorzugsweise unter Temperatureinwirkung, gepresst (Pressteil 50) und gebun- den, so dass ein inneren Zusammenhalt aufweisender Pressung entsteht, der als Bürste

10 zur Stromversorgung elektrischer Maschinen geeignet ist.

Während des Pressens kann ein Bürstenanschluss, bspw. eine Litze, mit zumindest einem Pulver verbunden werden.

Es ist vorgesehen, dass die weitere Schicht 40 aus einem Pulver 43 besteht, dass einen niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand als das erste oder zweite Pulver 25, 28

aufweist und das erste oder zweite Pulver 25, 28 mit einem Anteil von insbesondere körnigen Putzmitteln versehen ist, der höher ist als ein Anteil von Putzmitteln in der weiteren Schicht.

Putzmittel weisen eine höhere, d. h. die höchste, Härte als andere Bestandteile des für den Verschleiß vorgesehenen Anteils der Bürste auf.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die weitere Schicht 40 aus einem Pulver 43 besteht, dass einen niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand als das erste Pulver 25 aufweist und das zweite Pulver 28 ein Pulver mit einem Anteil von Putzmitteln versehen ist, der höher ist als ein Anteil von Putzmitteln in der weiteren Schicht 40.

Es ist vorgesehen, dass das erste Pulver eine Kommutierungsschicht und die weitere Schicht eine Leistungsschicht bildet.

Fig. 4a bis 4d zeigt eine Variante des dritten Ausführungsbeispiels, bei der statt des klotzhaften Trennelements 31 zwei plattenartige Trennelemente 31 verwendet werden, um den zweiten Formraumabschnitt 37 frei zu halten. Dabei wird zwischen die beiden Trennelemente 31 das zweite Pulver 28 in den zweiten Formraumabschnitt 37 eingefüllt und nach dem Entfernen der beiden Trennelemente 31 wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 verfahren.

Viertes Ausführungsbeispiel

Fig. 5 a bis e (Fig. 5b, c, d zeigen die Form 22 in Draufsicht) ist ein Verfahren zur Herstellung einer Bürste zur Stromversorgung elektrischer Maschinen, gezeigt insbesondere von Kommutatormaschinen, mit zumindest zwei Bürstenabschnitten, wobei eine Form mit zumindest zwei verschiedenen leitenden Pulvern 25 und 28 befüllt wird, wobei in die Form zunächst ein erstes Pulver 25 unter Ausbildung einer einen Formboden bedecken- den Schicht eingefüllt wird, dann in einem Abschnitt über dem Formboden die Schicht entfernt wird und in einem späteren folgenden Schritt der Abschnitt mit einem zweiten Pulver 28 aufgefüllt wird (Fig. 5e).

Es ist vorgesehen, dass nach dem Entfernen und vor dem Auffüllen des Abschnitts über dem Formboden in die Form Begrenzungselemente 31 eingebracht werden, die das erste

Pulver 25 von dem Abschnitt über dem Formboden abtrennen und anschließend in den Abschnitt über dem Formboden das zweite Pulver 28 eingebracht wird.

Danach werden aus dem ersten und dem zweiten Pulver jeweils in etwa gleich dicke Schichten gebildet und anschließend auf das erste und zweite Pulver 25, 28 zumindest eine weitere Schicht aus Pulver eingefüllt (analog Fig. 4d).

Anschließend werden nach dem Befüllen der Form 22 die sich in der Form befindenden Schichten 40 und 49, vorzugsweise unter Temperatureinwirkung, gepresst (Pressteil 50, analog Fig. Ih) und gebunden, so dass ein inneren Zusammenhalt aufweisender Pressung entsteht, der als Bürste 10 zur Stromversorgung elektrischer Maschinen geeignet ist.

Figur 6a zeigt eine Bürste nach den ersten Ausführungsbeispielen (Fig. 1, 2 und 3), Fig. 6b nach dem letzten Ausführungsbeispiel.