多層碳刷和用于制造這樣的多層碳刷的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種多層碳刷，其具有至少兩個功能層和至少一個存在于所述至少兩個功能層之間的絕緣層，所述功能層由導電材料制成，所述絕緣層由電絕緣材料制成。本發明還涉及一種用于制造多層碳刷的方法，所述多層碳刷具有至少兩個功能層和至少一個絕緣層，所述功能層由導電材料、如碳材料制成，所述絕緣層由電絕緣材料制成，所述絕緣層在接連的功能層之間延伸，其中，所述導電材料或包含作為填充物的該導電材料的材料和電絕緣材料以與待制造的多層碳刷的層分布相應的順序被置入到一模具中，然后被擠壓并接下來被熱處理。
【背景技術】
[0002]從DE 199 13 599 Al得到這樣的多層碳刷，其具有多個彼此電絕緣式粘接的功能層，所述功能層尤其是由碳材料制成。電絕緣的粘接部是絕緣層。
[0003]也已知了表示為多層碳刷的碳刷，其中，多個層分別是電絕緣的，但是可能地具有不同的機械特性。從DE 91 06 977 Ul得到一種相應的碳刷。也稱為區的不同的層具有不同的材料組分，可以通過如下方式構造，即，在擠壓這些碳刷之前依次將具有不同材料組分的兩個初始層置入一擠壓模中并彼此擠壓到一起。在此，一個區可以具有比另外的區更高的銅份額。
[0004]按照DE 44 30 745 Al的表示為四層滑動接點的碳刷具有分別由導電粉末制成的多個層。為了制造該四層滑動接點，同時將兩種導電粉末填入到一模具中，以便在一個壓縮步驟之后執行熱處理。除了通過同時置入粉末到一個模具中來構造這些層之外可以附加地通過如下方式構成這些層，即，導電粉末依次被輸送給所述模具。
[0005]由DE 636 540 C公開了一種用于制造多層的碳刷的方法。完成的碳層被光滑地打磨并在兩個完成的碳層之間布置具有絕緣物的粘稠人造樹脂，以便然后將碳層在一適當的擠壓工具中夾緊，以便能夠實現爐子中的干燥。
[0006]從DE 33 07 090 Al得出一種用于由碳材料制造層壓材料的方法。為了獲得預期的最終本體，通過擠壓和熱處理在能彼此重疊布置的碳材料層、如碳材料氈層之間布置由一種熱塑性塑料制成的膜，以便然后經受預期的壓力和溫度。
[0007]DE 199 02 938 Al涉及一種由不同材料組分的多個區段制成的碳刷。在此，該碳刷在一個擠壓過程中被制造。
[0008]由EP I 128 496 Al已知了一種啟動器碳刷，該啟動器碳刷由一個低電阻材料的第一層和一個高電阻材料的邊緣層制成，該邊緣層從碳刷的運轉面出發與相對置的背側面間隔開地終止。第一和第二層共同地在一個模具中通過填入粉末到該模具中、擠壓和接下來燒結來制造。
[0009]由碳棒(Kohleriegeln)和在這些碳棒之間延伸的絕緣層制成的多層碳刷經常被用于較小的可逆轉馬達、例如洗衣機馬達。在此，絕緣層可以由一膜或由絕緣粘接物或者說合成樹脂，一種或多種粉末樹脂制成。通過較高的并接電阻(Querwiderstand)，在整流器的兩個被碳刷遮蓋的片層之間流動的電流被減少并由此改善了整流。
[0010]之前描述的形式的已知多層碳刷通常以如下方式來制造，S卩，首先使經過溫度處理的碳材料板相對彼此取向，以便然后在這些碳材料板之間置入膜。接下來進行機械加工、規格加工和置入繩纜或絞合線。
[0011]由DE 10 2005 0257 063 Al已知了一種碳刷，該碳刷由一低電阻層和一高電阻層制成。后者包含碳材料、接合劑和氮化硼。
[0012]DE 195 49 195 Al的主題是用于電動馬達的碳刷，其中可以混合二硫化鉬或氮化硼作為潤滑劑。
[0013]從EP I 481 449 BI得出一種多層碳刷以及一種用于開頭提到形式的多層碳刷制造的方法。為了制造所述碳刷，將粉末材料以分層方式置入一模具中、擠壓并接下來熱處理。作為粉末材料，針對導電功能層考慮使用由天然石墨、合成石墨、樹脂制成的混合物。作為絕緣材料提出樹脂粉末。
[0014]在填充所述模具時但是已證實的是，被用于制造電絕緣層的粉末材料不能在足夠范圍上流動，以便構成層，這些層在擠壓之后具有在碳刷的整個高度或長度上的預期的均勻厚度。
【發明內容】
[0015]本發明的任務是這樣地改進開頭提到的形式的多層碳刷，使得由電絕緣材料制成的絕緣層具有在碳刷的整個高度或長度上的預期的均勻厚度。也應當提供了一種方法，被用于制造絕緣層的材料可以利用該方法在足夠的范圍上流動，從而使得為了構成所述電絕緣層可以將良好填充的材料置入到用于制造碳刷的模具中，從而使得完成的碳刷的絕緣層具有預期的均勻厚度。
[0016]為了解決該任務提出了一種開頭提到形式的多層碳刷，其主要特征在于，所述電絕緣材料由一由接合劑和氮化硼制成的混合物制成或包含接合劑和氮化硼。尤其設置所述接合劑是樹脂、尤其是酚醛樹脂。但是作為接合劑也可以考慮柏油(Pech)或一由樹脂和柏油制成的混合物。
[0017]尤其設置，電絕緣材料除了存在于接合劑中的碳材料之外不包含碳材料。
[0018]氮化硼尤其是以類似于石墨的六方變型方案的氮化硼，該氮化硼具有良好的潤滑劑特性。
[0019]如果作為特別優選能夠規定的是六方氮化硼(hexagonales Bornitrid),那么可以可能地也使用立方氮化硼(kubisches BornitricD0
[0020]與此無關地，當氮化硼通過另外的材料至少部分地被替代時，也不離開本發明的范疇，這些另外的材料具有減少摩擦系數的和彈性(61381^；1^216^11(1)的特性或具有絕緣潤滑劑的作用。例如可以是二硫化鉬、膨潤土( Bentoni t )、硫化媽(Wo IframsuI f i d )、尸炭黑(Carcassenrufl)或滑石(Talcum)。
[0021]令人驚喜地發現，包含接合劑尤其是酚醛樹脂和氮化硼的細粒度混合物或由這些材料制成的細粒度混合物可以足夠程度地流動或者包含這些材料或由這些材料制成的顆粒可以足夠程度地流動，從而使得在其中制造所述碳刷的模具可以在預期的范圍上和高度上被均勻填充。
[0022]在本發明的主要設計方案中設置，所述絕緣層由一種由被均勻化的混合物制成的壓制顆粒構成，該被均勻化的混合物由接合劑、尤其是酚醛樹脂和氮化硼、尤其是六方氮化硼制成或包含它們。
[0023]本發明的特色也在于一種多層碳刷，其具有至少兩個功能層和至少一個存在于所述至少兩個功能層之間的絕緣層，功能層由導電材料制成，絕緣層由電絕緣材料制成，其中，所述絕緣層由一種由被均勻化的混合物制成的壓制顆粒制成，該壓制顆粒由接合劑和氮化硼制成或包含接合劑和氮化硼。
[0024]尤其地設置，所述顆粒由平均直徑在I μ m和300 μ m之間的粒子制成。
[0025]所述接合劑應當是比氮化硼更細粒度的，其中，應當適用于接合劑的是45 μ m d90^； 50 μ m、15 μ m < d 50^? 20μηι 和 Iym^id 10^Ξ 5 μ m。
[0026]在氮化硼方面令人驚喜地發現，這些粒子大小分布上的兩個優選范圍引起了預期的結果，即，待填入到模具中的混合物能夠足夠程度地流動，確切地說當一方面為 3 μ m < d10^ 5μηι 和 30μηι< d 50^ 40μηι 和另一方面為 30μηι< d 10^ 70 μ m 和170 μ m < d50< 220 μ m。
[0027]此外，所述顆粒的特征可以是d9Q=250 μπι和/或50μηι< d50^ 350 μπι，尤其是d5Q=100 μ m，尤其是當由六方氮化硼和酚醛樹脂制成的被均勻化的混合物被擠壓且然后粗分解和粉碎時是這種情況。
[0028]本發明的特色因此是一種多層碳刷，其具有至少兩個功能層和至少一個存在于所述至少兩個功能層之間的絕緣層，所述功能層由導電材料制成，絕緣層由電絕緣材料制成，其中，絕緣層由一種由被均勻化的混合物制成的壓制顆粒制成，該顆粒由接合劑和氮化硼制成或包含接合劑和氮化硼，其中，所述顆粒由平均直徑在I μπι和350 μπι之間的粒子制成，其中尤其是，所述氮化硼以顆粒形式存在并且具有一方面3 μ m < d10^ 5 μ m和30 μ m ^ d50^ 40 μ m 或另一方面 30 μ m ^ d 10^ 70 μ m 和 170 μ m ^ d 50< 220 μ m 的粒子大小值以及對于接合劑而言的粒子大小值為1μπ?<(11(]<5μπ^Ρ 15