Kohlekörper mit eingepreßten Metalleinlagen Die Erfindung betrifft
einen Kohlekörper mit-eingepreßten Metalleinlagen für den Stromanschluß und :bezieht
sich insbesondere auf Kohlelamellen für Stromwender elektrischer Maschinen. Die
Verwendung von Kohle bzw. Graphit oder Elektrographit als Werkstoff für Strom@wenderlamellen
hat eine Reihe von Vorteilen mit sich gebracht, die -in der Hauptsache in der bleichmäßigen.
Stromverteilung auf die einzelnen Bürsten eines Bolzens, höherer Stromdichte an
den Kontaktflächen und äußerst geringem Bürstenverschleiß bestehen. Im Vergleich
zu,den bisher üblichen Kupferstromwendernergeben sich jedoch beim Bau von Kohlestromwendern
Nachteile, -die durch den höheren Ohmschen Widerstand bedingt, sind und größere,
Spannungsverluste mit sich bringen. Der Ohmsche Widerstand der Kohle ist im Vergleich
zu Kupfer ungefähr i7oomal größer, so daß bei Lamellen mit großer .axialer Länge
die Gefahr einer ungleichmäßigen Bürstenbelastung gegeben ist, die besondere Maßnahmen
erfordert. Weil die Bürste, die dem Anschlußende am nächsten liegt, den kleinsten
Widerstand zu überwinden hat, wird diese Bürste in stärkerem Maße belastet als eine
Bürste im weiteren Abstand vom Anschlußende. Aus diesem Grunde ist es notwendig,
die Kohlelamelle mit besonderen metallischen Anschlußteilen zu versehen, die sich
über die ganze Länge der Lamelle erstrecken. Es sind Anordnungenbekannt, bei denen
der Fuß der Stromwenderlamelle mit Metall umgossen oder mit einem galvanisch aufgetragenen
Metallüberzug versehen ist. Auch durch die Verwendung von Metallstreifen,
die
beim Zusammenbau des Stromwenders gegen die eine Flanke der Stromwenderlamelle gepreßt
werden, ist eine: gleichmäßige Stromverteilung erreicht worden. Der Zusammenbau
eines Kohlestromwenders mit eingelegten. Metallstretifen bringt Schwierigkeiten
mit sich, da :die Zahl der zusammenzusetzenden Bauteile sich erhöht gegenüber einem
Stromwender, bei :dem die Kohlelamelle mit dem metallischem Anschlußteil von vornherein
eine Einheit bildet. Ein Verzicht. auf besondere metallische Anschlußteile für die
Kohlelamelle ist meistens aus :den angeführten Gründen der ungleichmäßigen Stromverteilung
in der Lamelle nicht angängig und bringt die neue Schwierigkeit mit sich, wie das
an der Kohlelamelle befestigt werden soll, da man Kolle nicht ohne weiteres löten
oder schweißen kann. Um einen guten metallischen Anschl:uß zwischen Kohle und -dem
Anschluß.leiter zu schaffen, ist in der Kunstkohletechnik schon häufig versucht
worden, den Metalleiter in die Kohle miteinzupressen. Da jedoch die, Kohle nach
dem Pressen im allgemeinen bei Temperaturen geglüht werden muß, dlie über dem Schmelzpunkt
des Metalls liegen, muß bisher die Verwendung von eingepreßten Metalleinlagen auf
die Fälle beschränkt werden, bei denen eine Kohlemasse zur' Anwendung gelangt, die
keine Glühbehandlung bei hoher Temperatur erfordert. Die Festigkeitseigenschaften
und die elektrische Leitfähigkeit schwach gebrannter Kohle sind jedoch im Vergleich
zu den hochgebrannten Kohlen wesentlich geringer, so daß für Kohlestromwender, die
eine besonders verschleißfeste und mechanisch feste Kohle erfordern, schwach gebrannte
Kohle mit eingepreßten Metalleinlagen als Werkstoff für die Kohlelamellen nicht
geeignet ist. Hinzu kommt, däß sich bei der Herstellung schwach gebrannter Kohlekörper
mit eingepreßten Metalleinlagen Schwierigkeiten ergeben, die in der geringen mechanischen
Festigkeit der schwach gebrannten Kohle begründet sind. Durch die Schwindung der
Kohle beim Brennen und die unterschiedliche Wärmedehnung von Metall und Kohle entstehen
erhebliche Spannungen in dem aus Kohle und Metall bestehenden Verbundkörper, denen
die mechanische Festigkeit der Kohle nicht gewachsen ist, so daß die Kohle brüchig
und rissig wird. Aus diesem Grunde werden bisher die Kohlelamellen für Stromwender
erst nach dem Brennen mit dem metallischen Anschlußteil ausgerüstet, so daß die
Kohle ohne Schaden hochgebrannt werden kann. Dieses Herstellungsverfahrenerfordert
jedoch zusätzliche Maßnahmen, die den Bau des Strom-Wenders verteuern, da die Kohle
mit einem galvanisch aufgetragenen Metallüberzug versehen werden muß, um den Übergangswiderstand
zwischen metallischem Anschlußteil und Kohle klein zu halten und gegebenenfalls
den Anschlußdraht durch Löten an der Kohle befestigen zu können.Carbon bodies with press-fitted metal inserts The invention relates to
a carbon body with pressed-in metal inserts for the power connection and: refers
in particular on carbon lamellas for commutators of electrical machines. the
Use of carbon or graphite or electrographite as a material for power converter lamellae
has brought a number of advantages, the main in the pale.
Current distribution to the individual brushes of a bolt, higher current density
the contact surfaces and extremely low brush wear. In comparison
However, the copper current reversers that have been customary up to now arise in the construction of coal current converters
Disadvantages -which are caused by the higher ohmic resistance, and larger,
Bring voltage losses with them. The ohmic resistance of the carbon is in comparison
about i7oom times larger than copper, so that in the case of lamellas of great axial length
the risk of an uneven brush load is given, the special measures
requires. Because the brush closest to the connector end is the smallest
Has to overcome resistance, this brush is loaded to a greater extent than one
Brush further away from the connection end. For this reason it is necessary
to provide the carbon lamella with special metallic connecting parts that are
extend over the entire length of the lamella. Arrangements are known in which
the foot of the commutator lamella is cast around with metal or with an electroplated one
Metal coating is provided. Also through the use of metal strips,
the
when assembling the commutator pressed against one flank of the commutator lamella
a: uniform current distribution has been achieved. The assembly
a coal converter with inserted. Metal stripping brings difficulties
with itself, there: the number of components to be assembled increases compared to one
Commuter, in which: the carbon lamella with the metallic connecting part from the start
forms a unit. A waiver. on special metallic connecting parts for the
Coal lamella is mostly made up of: the reasons given for the uneven distribution of electricity
not accessible in the slat and brings with it the new difficulty, like that
should be attached to the carbon lamella, as one cannot easily solder kolle
or can weld. To ensure a good metallic connection between the coal and the coal
In charcoal technology, attempts are often made to create connection conductors
to press the metal conductor into the coal. However, since the, coal after
pressing generally has to be annealed at temperatures above the melting point
of the metal, the use of pressed-in metal inlays has hitherto been necessary
the cases in which a mass of coal is used which
does not require a high temperature annealing treatment. The strength properties
however, and the electrical conductivity of low-burned coal are compared
to the high-burned coals much less, so that for coal current turner who
require a particularly wear-resistant and mechanically strong coal, weakly burned
Coal with pressed-in metal inserts as a material for the coal lamellas is not
suitable is. In addition, in the production of lightly burned carbon bodies
with pressed-in metal inserts result in difficulties in the low mechanical
Strength of the low-burned coal are justified. Due to the shrinkage of the
Coal during burning and the different thermal expansion of metal and coal arise
considerable stresses in the composite body consisting of carbon and metal, which
the mechanical strength of the coal has not increased, so that the coal becomes brittle
and cracks. For this reason, so far the carbon lamellas have been used for commutators
equipped only after firing with the metallic connector, so that the
Coal can be burned up without damage. This manufacturing method requires
however, additional measures that make the construction of the Strom-Wenders more expensive, since the coal
must be provided with an electroplated metal coating to reduce the contact resistance
to keep small and possibly between the metallic connector and carbon
to be able to attach the connecting wire to the carbon by soldering.
Durch die Erfindung wird die Herstellung eines hochgebrannten Kohlekörpers
mit eingepreßter Metalleinlage ermöglicht, der sich durch besonders geringen Übergangswiderstand
zwischen Metalleinlage und Kohlekörper auszeichnet. Erreicht wird dies nach der
Erfindung durch allseitige Umpressung der Metalleinlage mit einer aus schwefelfreier
Kohle und schwefelfreiem Bindemittel bestehenden Masse, die bei der Glühbehandlung
des Kohlekörpers über dem Schmelzpunkt :des Metalls das Ausschmelzen des Metalls
verhindert und so weit elastisch bleibt, daß die Wärmedehnung des Metalls ohne Rißbildung
von der Kohle aufgenommen wird. Durch das Flüssigwerden des Metalls während der
Glühbehandlung der Kohle wird eine sehr innige Verbindung zwischen Metall und Kohle
erreicht, da das flüssige Metall, in die Poren der Kohle eindringt: Die Forderung
nach schwefelfreien Rohstoffen; erfüllen Kohlemassen, die beispielsweise aus Holzkohle
oder Elektrographit oder sekundären Kohlenstoffen, die durch pyrogene Zersetzung
schwefelfreier Kohlenwasserstoffe entstanden. sind, oder aus Gemischen der genannten
Kohlenstoffarten zusammengesetzt sind und denen ein schwefelfreies verkokbares Bindemittel,
wie z. B. Kunstharz auf Phenolformal:dehydbasis, zugesetzt ist. Das Fehlen jeglichen
Schwefels in der Kohlemasse ist für die Herstellung der Kohlekörper von: ausschlag-:gebender
Bedeutung, da die Metalleinlage schon durch geringe Schwefelanteile durch Bildung
der Metallsulfide zerstört oder zumindest eine schlecht leitende Zwischenschicht
erzeugen würde, durch die .der Übergangswiderstand zwischen der Kohle und der Metalleinlage
in unzulässiger Weise erhöht werden würde.The invention enables the production of a highly burned carbon body
with a pressed-in metal insert, which is characterized by particularly low contact resistance
between the metal insert and the carbon body. This is achieved after the
Invention by pressing around the metal insert on all sides with a sulfur-free one
Coal and sulfur-free binders existing mass that are used in the annealing treatment
of the carbon body above the melting point: of the metal the melting of the metal
prevented and remains elastic so far that the thermal expansion of the metal without cracking
is absorbed by the coal. Because the metal becomes liquid during the
Annealing the coal creates a very intimate bond between metal and coal
achieved as the liquid metal penetrates the pores of the coal: the requirement
for sulfur-free raw materials; meet coal masses, for example from charcoal
or electrographite or secondary carbons produced by pyrogenic decomposition
sulfur-free hydrocarbons were formed. are, or from mixtures of the above
Types of carbon are composed and which have a sulfur-free coking binder,
such as B. Synthetic resin based on phenol: dehyde is added. The absence of any
Sulfur in the coal mass is decisive for the production of the coal bodies of:
Significance, since the metal insert is formed by a small amount of sulfur
the metal sulfide destroys or at least a poorly conductive intermediate layer
would produce through the .der contact resistance between the carbon and the metal insert
would be improperly increased.
Die Umpressung wird dabei so gewählt, daß zwischen der Metalleinlage
und, der Oberfläche des Kohlekörpers ein größerer Abstand vorhanden ist, der die
nötige Festigkeit während des Brennens schafft und weitgehend verhindert, d.aß schädliche
Bestandteile aus der Brennofenatmosphäre mit dem Metall chemisch reagieren können,
wie z. B. Sauerstoff und Schwefel. Die Kohlemasse muß aus diesem Grunde auch so
zusammengesetzt sein, daß die Masse bereits bei der Glühbehandlung weitgehend gasundurchlässig
wird.The extrusion is chosen so that between the metal insert
and, the surface of the carbon body is a greater distance that the
creates the necessary strength during firing and largely prevents it, i.e. damaging
Components from the furnace atmosphere can chemically react with the metal,
such as B. Oxygen and sulfur. For this reason, the coal mass must also be so
be composed so that the mass is largely impermeable to gas during the annealing treatment
will.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird nach der Glühbehandlung
des Kohlekörpers die Metalleinlage an der gewlühschten Stelle für den Stromanschluß:
durch Entfernen des Kohlemantels freigelegt, so .daß das Wicklungsende in der üblichen
Weise durch Löten oder Schweißen an der Metalleinlage befestigt werden kann. Für
die Metalleinlage kommen in erster Linie hoch leitfähige Werkstoffe, z. B. Kupfer
oder Silber, in Frage. Für bestimmte Fälle kann jedoch auch Eisen genommen werden,
das durch sein Lösungsvermögen für Kohlenstoff bei höheren Temperaturen besonders
günstige Übergangswiderstände von Metall zur Kohle schafft. Es können aber auch
Verbundmetalle oder Legierungen verwendet werden.According to a further feature of the invention, after the annealing treatment
of the carbon body the metal insert at the desired point for the power connection:
exposed by removing the carbon jacket, so .that the winding end in the usual
Way can be attached to the metal insert by soldering or welding. For
the metal insert comes primarily from highly conductive materials, e.g. B. Copper
or silver, in question. In certain cases, however, iron can also be taken,
especially because of its solubility for carbon at higher temperatures
creates favorable contact resistances from metal to coal. But it can also
Composite metals or alloys can be used.
Die Form der Metalleinlage wird zweckmäßig so gewählt, daß sie der
Form ,des Kohlekörpers angepaßt ist und im Vergleich zur Metallmenge eine große
Berührungsfläche mit der Kohle besitzt. Es werden daher zweckmäßig als Metalleinlagen
perforierte Bleche oder aus Drähten geflochtene Metallgitter verwendet. Die Kohlenrasse
durchdringt daher
beim Pressen die Ausnehmungen in der Metalleinlage
und verankert sich sehr gut mit der Metalleinlage. Um geringste Verluste durch den:
Widerstand der Kohle zu bekommen, wird zweckmäßig die Metalleinlage möglichst dicht
an die Schleiffläche der Lamelle herangeführt, was man durch nachträgliche Bearbeitung
des Verbundkörpers erreichen kann. Diese Maßnahme ist dadurch gerechtfertigt, daß
bei einem Kohlestromwender mit Kohlebürsten nur mit außergewöhnlich niedrigen und
praktisch zu vernachlässigenden Abnutzungsziffern der Lamelle gerechnet werden kann.The shape of the metal insert is expediently chosen so that it the
Shape, the carbon body is adapted and compared to the amount of metal a large
Has contact surface with the coal. It is therefore useful as a metal insert
perforated sheets or metal grids made of braided wires are used. The coal race
penetrates therefore
when pressing the recesses in the metal insert
and anchors itself very well with the metal insert. To avoid the slightest loss by:
To get resistance of the coal, the metal insert is expediently as tight as possible
brought up to the grinding surface of the lamella, which can be achieved by subsequent processing
of the composite body can achieve. This measure is justified by the fact that
in the case of a carbon converter with carbon brushes only with exceptionally low and
practically negligible wear rates of the lamella can be expected.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Fig. i und 2 zeigen in Vorder-und Seitenansicht eine Kohlelamelle nach dem Pressen
vor der Glühbehandlung. Fig. 3 und ¢ zeigen in Seitenansicht zwei Ausführungsformen
der fertig bearbeiteten Kohlelamelle. Die Herstellung der Kohlelamelle geht in der
Weise vor sich, da ß eine schwefelfreie Kohlenrasse in bekannter Weise im Gesenk-
oder Strangpreßverfahren mit dem Metallteil durch allseitiges Umpressen vereinigt
wird. Die Mischung der erwähnten Stoffe wird dabei so gewählt, daß nach dem Brennen
ein Kohlekörper entsteht, der eine Druckfestigkeit von über iooo bis 200o Icg pro
em2 besitzt und dessen Elastizitätsmodulwerte nicht über i5oo kg pro mm2 liegen.
In Fig. i und 2 ist der durch Pressen hergestellte Formkörper aus Kohle mit i bezeichnet,
in den die Metalleinlage :2 miteingepreßt ist. Die Metalleinlage 2 besteht aus einem
mit Löchern 3 versehenen Kupferblech oder einem Drahtgeflecht. Der aus der Presse
kommende Körper wird dann in üblicher ZVeise in den Brennofen eingesetzt und bei
allmählichem Temperaturanstieg bei Temperaturen geglüht, die über dem Schmelzpunkt
der Metallein-Lage liegen. Der Schmelzpunkt des Kupfers liegt bei io8o° C, während
die Glühbehandlung des Formkörpers bei Temperaturen von etwa i4oo° C durchgeführt
wird. Die gebrannten Platten werden dann: auf die geeignete Größe zurechtgeschnitten
und so weit abgeschliffen, daß die Metalleinlage dicht unter der Oberfläche der
Schleiffläche des, als Kohlelamelle zu verwendenden Kohlekörpers liegt. In einem
weiterenArbeitsgang wird einTeil der Metalleinlage 2 durch Entfernen des Kohlemantels
freigelegt und das freigelegte Ende der Metalleinlage zu dem Anschlußschuh 4 ausgeformt,
wie Fig. 3 zeigt. An diesen Anschlußschuh 4 wird das Wicklungsende durch Löten oder
Schweißen befestigt. An Stelle eines aus dem Metallblech :2 geformten Anschlußschuhes
4 kann, wie in Fig. 4 dargestellt ist, das freigelegte Ende des Metallbleches 2
mit einer Anschlußfahne 5 versehen werden, die durch Nieten oder Schweißen mit dem
Metallblech 2 fest verbunden wird. Erwähnt sei, daß die Erfindung auch mit Vorteil
für Kohlebürsten verwendet werden kann und auch für Bügelstromabnehmer elektrisch
angetriebener Fahrzeuge geeignet ist.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.
FIGS. I and 2 show, in front and side views, a coal lamella after pressing
before the annealing treatment. Fig. 3 and ¢ show two embodiments in side view
the finished charcoal lamella. The production of the charcoal lamella goes in the
That a sulfur-free breed of coal is known to exist in the die
or extrusion process combined with the metal part by overpressing on all sides
will. The mixture of the substances mentioned is chosen so that after firing
a carbon body is created, which has a compressive strength of over iooo to 200o Icg per
em2 and whose modulus of elasticity does not exceed 1500 kg per mm2.
In Fig. I and 2, the molded body made of carbon by pressing is denoted by i,
into which the metal insert: 2 is also pressed. The metal insert 2 consists of one
with holes 3 provided copper sheet or a wire mesh. The one from the press
incoming body is then placed in the kiln in the usual way and with
gradual rise in temperature annealed at temperatures which are above the melting point
the metal layer. The melting point of copper is 1080 ° C, while
the annealing treatment of the shaped body is carried out at temperatures of around 14oo ° C
will. The fired panels are then: Cut to the appropriate size
and sanded so far that the metal insert is just below the surface of the
The grinding surface of the carbon body to be used as a carbon lamella lies. In one
A further operation becomes part of the metal insert 2 by removing the carbon jacket
exposed and the exposed end of the metal insert formed into the connecting shoe 4,
as Fig. 3 shows. The end of the winding is connected to this connecting shoe 4 by soldering or
Welding attached. Instead of one from the sheet metal: 2 molded connection shoe
4, as shown in FIG. 4, the exposed end of the metal sheet 2
be provided with a terminal lug 5, which by riveting or welding with the
Sheet metal 2 is firmly connected. It should be mentioned that the invention is also advantageous
Can be used for carbon brushes and also for electric hoop pantographs
powered vehicles is suitable.