DD221885A1

DD221885A1 - Elektrischer gleitkontakt, insbesondere fuer kommutierungssysteme

Info

Publication number: DD221885A1
Application number: DD25723883A
Authority: DD
Inventors: Peter Stupin; Germar Mueller; Renate Gesemann; Dietmar Harzendorf; Juergen Spindler; Dieter Tirschler; Guenther Kunze
Original assignee: Elektromasch Forsch Entw
Priority date: 1983-11-29
Filing date: 1983-11-29
Publication date: 1985-05-02
Also published as: JPS60134750A; DE3434627A1; CH664650A5

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Gleitkontakt, insbesondere für Kommutierungssysteme kleiner Gleichstrommaschinen. Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhöhung der Lebensdauer und der Stabilität der elektrischen Parameter, wobei die Aufgabe stand, den Verschleiß zu reduzieren und den Edelmetallaufwand zu minimieren. Gelöst wird die Aufgabe durch eine zwischen Trägerwerkstoff und der Kontaktschicht angeordnete harte Schicht vorzugsweise aus Nix Py mit einer Rauhigkeit von 0,5 bis 5 æm und einer blumenkohlartigen Oberflächenstruktur. Die Erfindung ist für gleitende Kontakte vor allem auf dem Gebiet des Elektromaschinenbaues anwendbar.

Description

Titel der Erfindung ^

Elektrischer Gleitkontakt, insbesondere für Kommutierungssysteme . . ⁱ

Anwendungsgebiet der Erfindung .

Die Erfindung betrifft einen Gleitkontakt, insbesondere für Kommutierungssysteme kleiner Gleichstrommaschinen

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

An elektrische Gleitkontakte von Kommutierungssystemen kleiner Gleichstrommaschinen werden in Bezug auf die Lebensdauer und einem konstant kleinen Kontaktwiderstand hohe Anforderungen gestellt· ^j ,

Bekannte Lösungen für derartige Kommutierungssysteme bestehen aus einem mit einer Kohle» oder Metallbürste zusammenwirkenden Kommutator, dessen Lamellen aus Blechen oder Drähten hergestellt sind. Als Werkstoffe kommen dabei Kupfer und bei hochwertigen Ausführungen elektrisch besonders verschleißfeste Edelmetallegierungen, wie z· B. Ag Cu 10, zum Einsatz· Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit ist die Kontaktoberfläche mitunter vergoldet· Dementsprechende Ausführungen sind z. B. in der DE-AS 1 613 169 und der DE-OS 2 041 238 beschrieben. Derartige Kommutierungssysteme sind durch den komplizierten Aufbau des Kommutators, dem hohen Einsatz von Edelmetallwerkstoffen sowie ein unbefriedigendes Langzeitverhalten des Kontaktübergangswiderstandes ökonomisch und technisch unbefriedigende Lösungen.

Vor allem um den Werkstoffaufwand zu minimieren wurde daher vorgeschlagen, Kommutatoren als Schichtkommutatoren auf einem Keramik» oder Plastgrundkörper auszuführen· In den DD-WP 101 246, DD-WP 127 191 (beide IPK H 01 R, 39/04) und DD-WP 156 654 (IPK HOl R, 39/06) sind derartige Schichtkommutatoren beschrieben·

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Gegenüber Kommutatoren mit massiven Lamellen stellen die Schichtkommutatoren materialökonomisch günstigere Lösungen dar· Der Nachteil solcher Kommutatoren besteht vor allem in den geringen Schichtdicken bzw· Metallauflagen_f wodurch die Lebensdauer und die Belastbarkeit der Kontaktschichten begrenzt ist· Diesen Nächteil durch die Abscheidung dickerer Schichten zu beheben. scheitert an den technischen Möglichkeiten dickere Schichten mit der erforderlichen niedrigen Porosität» der großen Härte und Haftfestigkeit und einer ebenen Oberfläche herzustellen· Schichten mit den erforderlichen üualitätsparametern können etwa nur bis in die Größenordnung von 10 /jm hergestellt werden« Die möglichen Verschleißwege liegen damit im Bereich ".einiger/um"und die Lebensdauer ist dementsprechend kurz.

Es wurde versucht, diesem Nachteil durch extrem harte Metallschichten entgegenzuwirken. So ist z, B·, gemäß dem DD-WP 101 eine Nix Py-Schicht,die eine äußerst hohe mechanische Verschleißfestigkeit aufweist, als Kontaktschicht eines Kommutators bekannt geworden. Derartige Schichten besitzen eine hohe Härte und führen zu einem großen Bürstenverschleiß, Hinzu kommt, daß die elektrischen Eigenschaften von Nix Py relativ schlecht sind und damit hohe Kontaktwiderstände auftreten· Das Langzeitverhalten des Kontaktwiderstandes wird dazu noch durch die mangelhafte Oxydationsbeständigkeit negativ beeinflußt·

Mit derartigen Schichten ausgerüstete Kommutierungssysteme sind deshalb für Gleichetrom-Präzisionsmaschinen schlecht geeignet· Gemäß den DE-OS 1763 878 und DE-OS 2124 425 ist es auch bekannt die Elemente des Kommutierungssystems, d, h« den Kommutator oder

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die Bürste mit einem Weichmetallüberzug» vorzugsweise mit einer 0,3 bis 6 yum starken Weichmetallschicht zu versehen· Hierbei wird offensichtlich davon ausgegangen, daß neben einer Schmierwirkung ein Teil der im Schaltfunken am Kontaktsystem auftretenden Energie in den niedrigschmelzenden Metallen umgesetzt wird. Nachteilig ist, daß diese Weichmetallschichten durch Oxydation eine ungenügende Konstanz des Kontaktwiderstandes aufweisen. Werden Edelmetallschichten als Deckschichten verwendet, was ohnehin für hochwertige Kontaktsysteme allgemein bekannt ist, so ist die Lebensdauer im wesentlichen von deren Schichtdicke und damit vom Aufwand an Edelmetall abhängig.

In dem DD-WP 156 654, IPK H Ol R, 43/06 ist ein Herstellungsverfahren für einen Schichtkommutator beschrieben· Nach diesem Verfahren wird auf einem Keramikgrundkörper chemisch-reduktiv eine Nix Py-Schicht abgeschieden, auf der auf galvanischem Wege eine Edelmetallkontaktschicht aufgetragen wird. Die Nix Py-Schicht dient für die galvanisch abzuschneidende Schicht als elektrisch leitende Haftschicht, ihre Stärke kann deshalb mit 50 nm sehr dünn gehalten'werden.

Auch bei solchen Kontaktsystemen wird die Lebensdauer letztlich von dem verfügbaren Verschleißweg der Goldschicht bestimmt,

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da nach deren Abnutzung das Kontaktsystem nicht mehr die erforderlichen Parameter aufweist.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung soll mit geringem Aufwand erreicht werden, daß derartige elektrische Gleitkontakte bei hoher Stabilität der elektrischen Parameter eine große Lebensdauer aufweisen·

Darlegung des Wesens der Erfindung

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen hochwertigen elektrischen Gleitkontakt, insbesondere für Kommutierungssysteme kleiner Gleichstrommaschine!!, zu schaffen, der einen

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geringen Verschleiß, keine oder nur unwesentliche Oxydationserscheinungen aufweist und einen geringen Edelmetallaufwand erfordert·

Ausgehend von einem elektrischen Gleitkontakt, bei dem auf einem Trägerwerkstoff eine Kontaktschicht angeordnet ist, wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen dem Trägerwerkstoff und der Kontaktschicht eine harte amorphe Zwischenschicht mit einer Oberflächenrauhigkeit von 0,5 - 10 ,um und blumenkohlartiger Oberflächenstruktur angeordnet ist·

Zweckmäßigerweise besteht die Zwischenschicht aus Nix Py. Der Phosphorgehalt der Nix Py-Schicht sollte zwischen 5 und 10 % liegen· Eine andere Variante der Erfindung sieht eine Zwischenschicht aus Nix By vor· Die Rauhigkeit der Oberflächenstruktur beträgt vorzugsweise 3 /um. Die Kontaktschicht besteht für hochwertige Kontakte aus Gold, Silber oder einer Silber-Palladium-Legierung· Für weniger anspruchsvolle Aufgaben genügt auch eine Kupferschicht· Die Stärke der Kontaktschicht sollte zwischen 0,5 und 10 /um liegen, wobei die Schichtstärke mindestens geringfügig größer als die Rauhtiefe der Zwischenschichtoberfläche sein muß·

Durch diesen erfindungsgemäß aufgebauten elektrischen Gleitkontakt, der insbesondere für .Kommutierungssysteme kleiner Gleichstrommaschinen mit Metallbürsten geeignet ist, wird eine hohe Lebensdauer und eine hohe Stabilität des Kontaktübergangswiderstandes erreicht· Die mechanischen und elektrischen Belastungen f„ühren bei diesem Aufbau des Gleitkontaktes überraschend nicht zum Heraus reiben des Kontaktmaterials aus der Trägerschicht, Wahrscheinlich ist, daß die Spitzen der rauhen Zwischenschicht die mechanischen Belastungen übernehmen und den weiteren Verschleiß der Kontaktschicht stark verzögern· Das Kontaktmaterial bleibt in den Rauhtiefen der Zwischenschicht haften und sorgt somit für die hervorragenden Parameter des Gleitkontaktes·

Innerhalb eines Kommutierungssystems kann dieser Gleitkontakt auf dem Kommutator oder auf der Bürste oder auf beiden Elementen angeordnet sein· Die Anwendung ist nicht nur auf Kommutierungssysteme begrenzt, die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung, insbesondere die Minimierung der für hochwertige Gleitkontakte erforderlichen Edelmetallschicht, treten auch an Schleifringen, Steckkontakten und dergleichen ein·

3e nach Strombelastung ist der Tragkörper auf dem der Gleitkontakt angeordnet ist, als Isolator oder als Leiter ausgebildet. Bei Schichtkommutatoren oder Schleifringen ist es möglich zur Erhöhung der Strombelastbarkeit auf einem isolierenden Tragkörper unter dem erfindungsgemäßen Gleitkontakt leitende Schichten, z. B. Kupferschichten, anzuordnen·

Ausführungsbeispiel 1

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert.

Auf einem zylindrischen Keramikgrundkörper, der eine nach dem DO-WP 156 654 hergestellte chemisch strukturierte und metallisierte Oberfläche aufweist, ist eine auf galvanischem Weg abgeschiedene Kupferschicht als Leitschicht angeordnet· Die Kupferschicht weist eine Stärke von 10/um auf. Ihre Oberflächenrauhigkeit beträgt ca. .3 /um. Auf der als Leitschicht dienenden Kupferschicht ist durch chemisch-reduktives Abscheiden eine etwa 4 pm starke Nix Py-Schicht als Zwischenschicht angeordnet, die ihrerseits die Kontaktschicht aus Gold trägt. Diese galvanisch erzeugte Schicht weist eine Stärke von 3 yum auf· Die Nix Py-Zwischenschicht weist eine blumenkohlartige Oberfläche mit einer Rauhigkeit von 3 /jm auf. Der Kontaktübergangswiderstand des mit dem erfindungsgemäßen Gleitkontakt ausgerüsteten Kommutators mit einer Ag Pd 30 Bürste, ist kleiner 5 mV und hat ein sehr gutes Langzeitverhalten .

Ausführungsbeispiel 2 ^N

Nach einer zweiten Variante ist der erfindungsgemäße Gleitkontakt an einem normalen Kupferkommutator angeordnet·

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Auf der geschlitzten und überdrehten Oberfläche ist eine auf chemisch-reduktivem Weg erzeugte Nix Py-Schicht mit einer Dicke von 5/um und einer Rauhigkeit von 4/um angeordnet· Auf dieser Schicht befindet sich eine IO μπ\ dicke Kupferschicht, die auf galvanischem Weg erzeugt wurde·

Claims

Erfindunqsanspruch '

1. Elektrischer Gleitkontakt, insbesondere für Kommutierungssysteme kleiner Gleichstrommaschinen bei dem auf einem Trägerwerkstoff eine Kontaktschicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Trägerwerkstoff und der Kontaktschicht eine harte amorphe Zwischenschicht einer Stärke von 1 - 10 /um und einer Oberflächenrauhigkeit von 0,5— 5 /um sowie mit einer blumenkohlartigen Oberflächenstruktur angeordnet is t · ~

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2. Elektrischer Gleitkontakt nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus Nix Py besteht.
3. Elektrischer Gleitkontakt nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus Nix By besteht.

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4. Elektrischer Gleitkontakt nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht aus Gold, Silber oder Süber-Palladium^Legierung besteht.
5. Elektrischer Gleitkontakt nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht aus Kupfer besteht·
6. Elektrischer Gleitkontakt nach Punkt 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Kontaktschicht zwischen 0,6 und 10 /Jin liegt, aber mindestens geringfügig größer als die Rauhtiefe der Zwischenschichtoberfläche ist.