DE1215938B

DE1215938B - Electrical sliding contact and process for its manufacture

Info

Publication number: DE1215938B
Application number: DED43142A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Eugen Duerrwaechter
Original assignee: Doduco GmbH and Co KG Dr Eugen Duerrwaechter
Current assignee: Doduco Solutions GmbH
Priority date: 1963-12-11
Filing date: 1963-12-11
Publication date: 1966-05-05

Description

Elektrischer Schleifkontakt und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schleifkontakt und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.Electrical sliding contact and process for its manufacture The invention relates to an electrical sliding contact and to a method for its manufacture.

Schleifkontakte zur Übertragung elektrischer Ströme von Anschlußklemmen auf Gleitbahnen, wobei sich entweder die Gleitbahn oder der Schleifkontakt bewegen können, werden vorzugsweise aus Kohlekörpern hergestellt. Man verwendet dabei vorzugsweise Elektrographit oder Mischungen von Graphit mit Metallen, vorzugsweise mit Kupfer oder mit Bronze. Zur Herstellung der Kontakte mischt man die als Pulver vorliegenden Stoffe, preßt das Pulver, sintert bei höherer Temperatur und bringt den Kontakt durch spanabhebende Verformung in die gewünschte Form. Kohle hat auch in Form von Graphit einen verhältnismäßig hohen elektrischen Übergangswiderstand. Ein Zusatz von Metallen verbessert denselben wesentlich, doch stört bei Verwendung von Kohle-Metall-Schleifkontakten mit überwiegendem Kohlegehalt die Eigenschaft der Kohle sehr, auf der metallischen Gleitbahn isolierende Niederschläge abzuscheiden, die vermutlich aus Oxyden bestehen. Diese wirken vermutlich unter Einwirkung des übertragenen Stromes und der stets vorhandenen Luftfeuchtigkeit stark isolierend, wodurch bei höheren Spannungen Funkenbildung entsteht, bei niedrigen Spannungen dagegen eine starke Erwärmung des Schleifkontaktes und der Gleitbahn eintritt. Über Schleifkontakte aus Kohle und Metallkohle berichten Ullmann, »Enzyklopädie der technischen Chemie«, 3. Auflage, 9. Band, S. 792, und Kieffer und H o t o p , »Pulvermetallurgie und Sinterwerkstoffe«, Springer Verlag, 1948, S. 317 und 320.Sliding contacts for the transmission of electrical currents from connection terminals on slideways, with either the slideway or the sliding contact moving are preferably made from carbon bodies. One preferably uses Electrographite or mixtures of graphite with metals, preferably with copper or with bronze. To make the contacts, you mix those available as a powder Substances, presses the powder, sinters at higher temperatures and brings the contact by machining deformation into the desired shape. Coal also has in the form of Graphite has a relatively high electrical contact resistance. An addition of metals improves the same significantly, but is annoying when using carbon-metal sliding contacts With a predominant coal content the property of coal is very much on the metallic one To separate the slideway insulating precipitates, which presumably consist of oxides. These presumably work under the influence of the transmitted current and always Existing air humidity highly insulating, causing sparks at higher voltages arises, at low voltages, on the other hand, a strong heating of the sliding contact and the slideway enters. Report on sliding contacts made of carbon and metal carbon Ullmann, "Encyclopedia of Technical Chemistry", 3rd edition, 9th volume, p. 792, and Kieffer and H o t o p, »Powder Metallurgy and Sintered Materials«, Springer Verlag, 1948, pp. 317 and 320.

Eine wesentliche Verbesserung der Schleifkontakte wurde mit den sogenannten Silberkohlen bzw. Silbergraphitbürsten erzielt, wobei der Silbergehalt gegenüber dem Graphitgehalt überwiegt. Derartige Schleifbürsten enthalten zwischen 60 und 98% Silber, Rest Kohlenstoff, w obei dem Silber zur Verbesserung der Gleiteigenschaften noch kleine Mengen unedler Metalle zugesetzt werden können (französische Patentschriften 881871 und 883 115.) Schließlich seien noch Schleifkontakte erwähnt, die aus reinen Metallen und deren Legierungen, vorzugsweise Platin und Gold, bestehen, die jedoch, da sie keine Schmiereigenschaften wie der Graphit haben, die Gleitbahn stark angreifen, ja unter dem Einfluß stärkerer Ströme mit ihr zusammenschweißen können.A significant improvement in the sliding contacts was made with the so-called Silver carbon or silver graphite brushes achieved, with the silver content opposite the graphite content predominates. Such brushes contain between 60 and 98% silver, the remainder carbon, with the silver to improve the sliding properties small amounts of base metals can still be added (French patents 881871 and 883 115.) Finally, sliding contacts should be mentioned that are made of pure Metals and their alloys, preferably platinum and gold, exist, but since they do not have any lubricating properties like graphite, they strongly attack the slideway, yes, can weld together with it under the influence of stronger currents.

Die bekannten Schleifkontakte aus Graphit bzw. Graphit-Metall-Mischungen versagen vollkommen, wenn sie bei extrem niedrigen Temperaturen, in vollkommen trockener Atmosphäre oder im Vakuum arbeiten müssen, d. h. unter Bedingungen, wie sie im Weltraum angetroffen werden.The well-known sliding contacts made of graphite or graphite-metal mixtures fail completely when at extremely low temperatures, in completely dry conditions Must work in an atmosphere or in a vacuum, d. H. under conditions such as those in space be encountered.

Während reine Kohlebürsten bzw. Graphitbürsten unter diesen Bedingungen innerhalb kurzer Zeit bröckelig zerfallen, werden die Kohlenstoff enthaltenden Metallbürsten porös und nutzen sich rasch ab, wobei durch den sich bildenden Metallstaub Kurzschlüsse innerhalb der elektrischen Geräte auftreten, in denen diese Bürsten verwendet werden.While pure carbon brushes or graphite brushes under these conditions The carbon-containing metal brushes will crumble within a short time porous and wear out quickly, with short circuits due to the metal dust that forms occur within the electrical equipment in which these brushes are used.

Versuche haben nun ergeben, daß man einen auch unter Weltraumbedingungen (sehr niedrige Temperatur, vollkommen trockene bzw. fehlende Luft) völlig beständigen Schleifkontakt erhält, wenn man an Stelle von Kohle bzw. Graphit Rheniumdisulfid verwendet.Experiments have now shown that one can also work under space conditions (very low temperature, completely dry or lack of air) completely stable Sliding contact is obtained if rhenium disulfide is used instead of carbon or graphite used.

Rheniumdisulfid besteht aus schwarzen, hexagonal kristallisierenden Plättchen, welche wie Graphit sehr gute Schmiereigenschaften aufweisen. Rheniumdisulfid ist bis zu einer Temperatur von 1000° C vollkommen beständig und infolge dieser hohen Oxydationsbeständigkeit auch unter den üblichen Bedingungen dem Graphit als Schleifkontakt weit überlegen. Seine schlechtere elektrische Leitfähigkeit ermöglicht jedoch nicht die Verwendung reiner Rheniumdisulfidkörper als Schleifkontakte.Rhenium disulfide consists of black, hexagonally crystallizing Platelets which, like graphite, have very good lubricating properties. Rhenium disulfide is completely stable up to a temperature of 1000 ° C and as a result of this high resistance to oxidation even under the usual conditions of graphite as Far superior to sliding contact. Its poor electrical conductivity makes it possible but not the use of pure rhenium disulfide as sliding contacts.

Überraschenderweise hat es sich nun gezeigt, daß man dem Rheniumdislufid ebenso wie der Kohle bzw. dem Graphit Silber, gegebenenfalls gemeinsam mit Gold, Zinn, Kupfer, Cadmium, Indium und/oder Blei, zusetzen kann, ohne daß das Rheniumsulfid dadurch die oben gekennzeichneten Eigenschaften verliert, so daß der Schleifkontakt nach der Erfindung aus 2 bis 499/o Rheniumdisulfid, Rest Silber, besteht, wobei bis zu 209/o des Silbergehaltes durch Gold, Zinn, Kupfer, Cadmium, Indium und/oder Blei ersetzt werden können. Der Metallzusatz ergibt sehr gut leitende Schleifkontakte, die auch bei starkein Kontaktdruck einen nur sehr geringen Abrieb aufweisen und somit den Metall-Graphit-Schleifkontakten auch unter normalen Verhältnissen von Temperatur, Luftzusammensetzung und Feuchtigkeit überlegen sind, unter Weltraumbedingungen aber die allein brauchbaren sind.Surprisingly, it has now been shown that the rhenium disulfide just like the coal or graphite silver, possibly together with gold, Tin, copper, cadmium, indium and / or lead can be added without the rhenium sulfide thereby loses the properties identified above, so that the sliding contact according to the invention consists of 2 to 499 / o rhenium disulfide, the remainder being silver, where up to 209 / o of the silver content from gold, tin, copper, cadmium, indium and / or Lead can be replaced. The addition of metal results in very good conductive sliding contacts, which also with starkein Contact pressure has only very little wear and thus the metal-graphite sliding contacts even under normal conditions of temperature, air composition and humidity are superior under space conditions but those that are usable alone.

Die Schleifkörper nach der Erfindung mit hohem Silbergehalt zeigen nur sehr geringe übergangswiderstände zwischen Schleifkontakt und Schleifbahn, während Schleifkörper mit hohem Rheniumdisulfidgehalt überall dort Anwendung finden, wo durch rasch umlaufende Schleifbahnen, beispielsweise Kommubatoren, oder hohe Kontaktdrücke ein großer Verschleiß des Schleifkontaktes zu befürchten ist.The abrasive articles of the invention show high silver content only very low contact resistance between sliding contact and sliding track, while Abrasives with a high rhenium disulphide content are used wherever through rapidly rotating sliding tracks, e.g. commubators, or high contact pressures a high wear of the sliding contact is to be feared.

Durch den vorteilhaften, erfindungsgemäßen teilweisen Ersatz des Silbers durch Gold, Zinn, Cadmium, Kupfer, Indium und/oder Blei können die Laufeigenschaften, der übergangswiderstand und die Abnutzung der Schleifbürsten geändert bzw./und den jeweiligen Erfordernissen besser angepaßt werden. Dabei muß jedoch vermieden werden, daß ein Eutektikum der verschiedenen Metalle entsteht, da bekanntlich die eutektischen Legierungen vielfach sehr spröde sind, so daß sich derartige Zusammensetzungen schlecht verpressen lassen und sich außerdem als Schleifkontakte nicht eignen, weil sie die Schleifbahn beschädigen.Due to the advantageous partial replacement of the silver according to the invention with gold, tin, cadmium, copper, indium and / or lead, the running properties, the contact resistance and the wear and tear of the grinding brushes changed or / and the can be better adapted to the respective requirements. However, it must be avoided that a eutectic of the various metals arises, as is well known the eutectic Alloys are often very brittle, so that compositions of this type are poor can be pressed and are also unsuitable as sliding contacts because they have the Damage the sliding track.

Die folgenden Zusammensetzungen von Schleifbürsten gemäß der Erfindung haben sich beispielsweise bewährt: I. 90% Silber, 10% Rheniumdisulfid. II. 56% Silber, 44 % Rheniumdisulfid. HI. 80% Silber, 15 % Gold 5% Rheniumdisulfid. IV. 75 % Silber, 5 % Indium, 20% Rheniumdisulfid. V. 55 % Silber, 2 % Blei, 6 % Zinn, 37 % Rheniumdisulfid. VI. 65 % Silber, 3 % Cadmium, 5% Kupfer, 27% Rheniumdisulfid. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifkontakte kann nach den oben beschriebenen üblichen Methoden der Herstellung von Metall-Graphit-Bürsten erfolgen. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, daß Rheniumdisulfidpulver und das aus einer Silberlösung durch chemische Reduktion, beispielsweise mit Triäthanolamin, ausgefällte feinste Silberpulver in alkoholischer Suspension in einer Mischmaschine oder einem Knetwerk sehr gut zu mischen, diese Mischung bei einer Temperatur bis 100° C zu trocknen und die so erhaltene trockene, körnige Mischung in die gewünschte Form zu verpressen, die Preßlinge bei bis zu 850° C zu sintern und anschließend spanabhebend zu bearbeiten.The following compositions of abrasive brushes according to the invention have proven themselves, for example: I. 90% silver, 10% rhenium disulfide. II. 56% silver, 44% rhenium disulfide. HI. 80% silver, 15% gold, 5% rhenium disulfide. IV. 75% silver, 5% indium, 20% rhenium disulfide. V. 55% silver, 2% lead, 6% tin, 37% rhenium disulfide. VI. 65% silver, 3% cadmium, 5% copper, 27% rhenium disulfide. The manufacture of the Sliding contacts according to the invention can be carried out using the customary methods described above the manufacture of metal-graphite brushes. However, it has been found to be beneficial proved that rhenium disulfide powder and that from a silver solution by chemical Reduction, for example with triethanolamine, precipitated finest silver powder in alcoholic suspension in a mixer or kneader works very well mix, dry this mixture at a temperature up to 100 ° C and the thus obtained press dry, granular mixture into the desired shape, the compacts to be sintered up to 850 ° C and then machined.

Da Rheniumdislufid bei Temperaturen unter 1000° C keinerlei Zersetzung erleidet, ist es auch möglich, die gewünschte Schleifkontaktform in einem Arbeitsgang aus dem getrockneten, körnigen Pulvergemisch heiß zu verpressen, derart, das man dasselbe in einer Preßform, beispielsweise zwischen den zwei Wolframelektroden oder Kohleelektroden einer Widerstandsschweißmaschine, bei einer Temperatur von etwa 850 bis 900° C preßt. Bei direktem Stromdurchgang durch den Preßling erhält man einen vollkommen dichten Schleifkontakt, der durch nachträglich spanabhebende Verformung in seine endgültige Form gebracht wird.Since rhenium disulfide does not decompose at temperatures below 1000 ° C suffers, it is also possible to create the desired sliding contact shape in one operation to press hot from the dried, granular powder mixture in such a way that one the same in a mold, for example between the two tungsten electrodes or Carbon electrodes of a resistance welding machine, at a temperature of about Pressing 850 to 900 ° C. With a direct passage of current through the compact one obtains a completely tight sliding contact, which is created by subsequent machining deformation is brought into its final form.

Die so hergestellten, aus Rheniumdisulfidsilber bestehenden Schleifkontakte sind von grauer Farbe, zeigen einen muscheligen Bruch, sind jedoch spröde und können nicht spanlos verarbeitet werden, weshalb bei der Herstellung maßhaltiger Schleifkontakte verhältnismäßig viel Zerspanungsabfall entsteht, der nicht mehr verwendet werden kann.The sliding contacts made in this way and made of rhenium disulphide silver are gray in color, show a shell-like break, but are brittle and can cannot be processed without cutting, which is why dimensionally stable sliding contacts are produced there is a relatively large amount of machining waste that can no longer be used can.

Es hat sich nun gezeigt, daß man die erfindungsgemäß hergestellten Pulvermischungen durch Strangpressen verformen kann, wobei man überraschenderweise verhältnismäßig duktive Körper erhält, die, als Stangen, Stbe usw. gleich malgerecht gepreßt, lediglich noch auf die gewünschte Länge abgesägt zu werden brauchen, wodurch die Bearbeitungsverluste auf weniger als 10% des Einsatzmaterials herabgesetzt werden können, während dieselben bei der spanabhebenden Herstellung der Schleifkontakte bis zu 50% des Einsatzgewichts betragen können. Das Abschneiden der Schleifkontakte aus den stranggepreßten Profilen ist derart vorzunehmen, daß die Schneidrichtung parallel zur Ausrichtung der Rheniumdisulfidplättchen liegt.It has now been shown that the prepared according to the invention Powder mixtures can be deformed by extrusion, surprisingly contains relatively ductile bodies, which, as rods, bars, etc., are equally well-designed pressed, only need to be sawed off to the desired length, whereby the processing losses are reduced to less than 10% of the input material can, while the same in the machining of the sliding contacts can be up to 50% of the operating weight. Cutting off the sliding contacts from the extruded profiles is to be made in such a way that the cutting direction parallel to the alignment of the rhenium disulfide platelets.

Man arbeitet beim Strangpressen der erfindungsgemäßen Kontakte nach zwei verschiedenen Methoden: In einer Preßform in der Größe der Ausbohrung des Blockaufnehmers der Strangpresse wird zuerst aus den Pulvermischungen ein Block gepreßt, der in einem Sinterofen bei einer Temperatur von 850 bis 900° C dicht gesintert wird. Dieser Block wird anschließend in den Blockaufnehmer der Strangpresse eingeführt und zu dem gewünschten Preßling verarbeitet.The contacts according to the invention are reworked during the extrusion process two different methods: In a mold the size of the block receiver's bore In the extruder, a block is first pressed from the powder mixtures, which in is densely sintered in a sintering furnace at a temperature of 850 to 900 ° C. This The billet is then fed into the billet receiver of the extrusion press and closed processed the desired compact.

Um das Vorpressen der Pulvermischung und die Vorsinterung in einem Sinterofen zu vermeiden, kann man aber auch das Pulvergemisch als solches in die Ausbohrung des Blockaufnehmers einer hydraulischen Presse einfüllen und zu dem gewünschten Preßling verarbeiten. Dabei muß allerdings der Blockaufnehmer wesentlich stärker geheizt sein und das Strangpressen des Pulvers wesentlich langsamer erfolgen, als wenn man einen schon vorgesinterten Pulverpreßling verwendet.The pre-pressing of the powder mixture and the pre-sintering in one To avoid sintering furnace, you can also use the powder mixture as such in the Fill in the bore of the block receiver of a hydraulic press and move to the desired Process the pressed part. However, the block pick-up must be much stronger be heated and the extrusion of the powder take place much slower than when using a pre-sintered powder compact.

Claims

Claims: 1. Electrical sliding contact with high abrasion resistance and good electrical conductivity that is stable under space conditions, characterized in that it consists of 2 to 491 / o rhenium disulfide, the remainder being silver.

2. Sliding contact according to claim 1, characterized in that up to 20% of the silver is replaced by gold, tin, copper, cadmium, indium and / or lead, with the proviso, that the metals do not form a eutectic.

3. Method of making an electrical Sliding contact according to Claims 1 and 2, characterized in that the rhenium disulfide and the silver, possibly together with the other metals, slurried in the finest powder form in water or alcohol, in a mixer or kneading unit mixed well, the mixture dried and the granular dried powder mass in a metal powder press to form moldings such as plates, rods or finished sliding contact brushes is pressed, the compacts are sintered under a reducing atmosphere or in a vacuum and the sintered bodies by machining to form the finished sliding contact bodies are processed.

4. The method according to claim 3, characterized in that the Powder mixtures are hot pressed and sintered at the same time.

5. Procedure according to claim 3, characterized in that the powder mixtures are in a steel form pressed into bolts and then sintered, which are then subsequently on an extruder to form rods, strips or molded bodies.

6. Procedure according to claim 3, characterized in that the loose powder mixtures on one Extrusion press are pressed at elevated temperature to form molded bodies.

7. Use electrical sliding contacts according to claim 1 or 2 for the transmission of currents between a few milliamps and 20 amps.