DD245078A1 - Verschleissfestes schichtsystem fuer gleitkontakte, insbesondere fuer mikromotoren - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kontaktschichtsystem fuer einen elektrischen Gleitkontakt, besonders fuer Kommutierungssysteme von Mikromotoren. Das Ziel der Erfindung besteht in der Reduzierung des elektrischen und mechanischen Verschleisses und damit der Erhoehung der Lebensdauer bei kleinem oekonomischen Aufwand. Die Aufgabe wird durch uebereinander auf einer harten Diffusionssperrschicht abgeschiedenen Kontaktschichten geloest, die aufgrund einer gezielt hergestellten Rauhigkeit in der Groessenordnung der Schichtdicke nach einer Einlaufphase in der Laufzone verschleissfeste Pseudolegierungen bilden. Die Erfindung ist fuer gleitende Kontakte fuer kleine Leistungen geeignet.
Description
Hierzu 1 Seite Zeichnungen
Die Erfindugn betrifft ein elektrisch und mechanisch verschleißfestes Kontaktschichtsystem für Gleitkontakte, insbesondere für Kommutierungssysteme für Mikromotoren.
An Kontaktschichten für Gleitkontakte kleiner elektrischer Maschinen, besonders an Kommutierungsysteme für Mikromotoren, werden höchste Anforderungen in bezug auf Lebensdauer, kleinen konstanten Kontaktwiderstand und ökonomisch herstellbare Massenfertigung gestellt.
Bekannte Lösungen für derartige Gleitkontakte.in Schichtausführung gehen von einem als Isolator oder Leiter ausgebildeten Tragkörper aus, auf dem z.B. nach DD-WP 221885 A1 eine Zwischenschicht aus NixPy mit einer Stärke von 1-10μ,ιη und einer Oberflächenrauhigkeit von 0,5-5μ.ηι und darauf eine Kontaktschicht aus Gold, Silber, Kupfer oder einer Silber-Palladium-Legierung angeordnet ist.
Die elektrische Verschleißfestigkeit von reinen Metallen, z. B. der Kontaktschichten Gold und Silber, ist für Kommutierungssysteme von bestimmten elektrischen Maschinen kleiner Leistung, z. B. für Mikromotoren, verbunden mit einer Langzeitstabilität der Laufeigenschaften nicht ausreichend. Hierzu sind Legierungen nötig. Galvanische Silber-Palladium-Bäder sind nicht hinreichend stabil und deshalb ökonomisch für die Herstellung von Silber-Palladium-Legierungsschichten nicht einsetzbar. :
Für andere Anwendungen, z. B. für Kontaktstücke oder Steckkontakte im Schwachstrombereich sind Lösungen bekannt (z. B. DE-OS 3214989), daß durch Diffusionsprozesse nach dem Aufbringen einer Edelmetallschichte auf einer Zwischenschicht eirre teilweise Legierungsbildung erzielt wird. Dabei besteht jedoch die Gefahr, daß beim Temperprozeß zur Auslösung der Diffusion das Grundmaterial des Kontaktes durch die Zwischenschicht (Sperrchicht) bei vorhandenen oder sich bilden'den Poren oder Rissen diffundiert und an der Oberfläche zu einer starken Verringerung der Verschleißfestigkeit führt. Außerdem können nicht alle gewünschten Legierungen durch Diffusion erzeugt werden. Durch den Temperprozeß wird die Herstellung aufwendig. Für die Veredlung von Kontaktstücken zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit (z.B. nach DD-WP 215201) werden im Vakuum auf einer Diffusionssperrschicht plasmazerstäubte Ag-, Cu- oder Ni-Schichten angegeben. Solche Vakuumverfahren eignen sich jedoch nicht für eine ökonomische Massenfertigung von Kommutierungssystemen (z. B. für Mikromotoren 11 Kontaklamellen auf einem zylindrischen Träger angeordnet). Dazu sind nur chemisch-reduktive und galvanische Verfahren geeignet. Die angegebenen Metallschichten besitzen außerdem nicht die erforderliche hohe elektrische und mechanische Verschleißfestigkeit bei langer Lebensdauer.
Der Einbau von Glasfritten oder Glasfasern in Edelmetallen zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit (z. B. nach DE-WP 0074507, EPÜ) bringt nicht den erforderlichen kleinen Kontaktwiderstand.
»
Durch die Erfindung soll eine hohe elektrische und mechanische Verschleißfestigkeit bei niedrigem und konstantem Kontaktwiderstand, bei langer Lebensdauer und einer ökonomischen Massenfertigung der Gleitkontakte besonders für Kommutierungssysteme von Mikromotoren erreicht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kontaktschichtsystem für Gleitkontakte insbesondere Kommutierungssysteme für Mikromotoren zu schaffen, das über eine lange Lebensdauer eien niedrigen elektrischen und mechanischen Verschleiß bei kleinem und konstantem Kontaktwiderstand aufweist und in einem ökonomischen Massensverfahren herstellbar ist. Ausgehend von einem Gleitkontakt, bei dem auf einer harten Diffusionssperrschicht eine Edelmetallschicht oder -legierung angeordnet ist, wird ein Kontaktschichtsystem auf der Diffusionssperrschicht angeordnet.
j . Das Kontaktschichtsystem bestehtausnacheinanderauf galvanischem Wege abgeschiedenen Metallschichten. Das galvanische
j Abscheidungsverfahren gestattet eine ökonomische Massenfertigung in Trommelgalvanisieranlagen. Durch einebnende Bäder
I kann eine bestimmte Grundrauhigkeit der Diffusionssperrschicht und der nacheinander abgeschiedenen Metallschichten erzeigt
i werden.
J Die Schichtdicken werden.in der Größenordnung der Grundrauhigkeit gewählt. Als Metallschichten werden Metalle ausgewählt,
J die einen niedrigen Kontaktwiderstand und als Legierungen eine hohe elektrische und mechanische Verschleißfestigkeit
i aufweisen. Der fertige Gleitkontakt, z. B. das Kommutierungssystem in einem Mikromotor bildet in der Anfangsphase des
j Einsatzes (Einlaufphase) durch das Gleiten der Bürste und damit einen Verschleiß der Rauhigkeitsspitzen der obersten
ι Metallschicht eine bestimmte Anordnung. Nebeneinander sind Kristallbereiche der unteren und oberen Metalischicht in der Laufzone vorhandenen speziellen Fällen sogar Spitzen der harten Diffusionssperrschicht. In der Laufzone liegt eine Phasenverteilung vor, die einer angestrebten Pseudolegierung entspricht. Diese Pseudolegieruhgsschicht ist wesentlich
j elektrisch und mechanisch verschleißfest als die Einzelmetallschichten.
! Es können so Legierungen gebildet werden, für die es keine oder nur unökonomisch arbeitende galvanische-Bäder gibt.
Ausführungsbeispiel
j Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
I Auf einem zylindrischen Keramikgrundkörper, dereine nach dem DD-WP 222734 hergestellte Lamellenschichtstruktur aufweist,
wird mit einem Trommelgalvanisierverfahren aus einem einebnenden galvanischen Kupferbad eine Schicht von ca. 15μ,ηη abgeschieden. Sie dient einem über die Laufzeit konstanten kleinen Kontaktwiderstand. Darauf wird eine chemisch-reduktiv abgeschiedene NixPy-Schichtvon 03.3μΓη als Diffusionssperrschicht angeordnet. Die Rauhigkeit dieser Anordnung beträgt ca.
j 4μιτι. Darauf wird ebenfalls galvanisch nacheinander eine Palladiumschicht von ca. 4/j.m und eine Nickelschicht von ca. 4μ,ηι
i abgeschieden.
i Um die Bildung einer verschleißfesten Legierung aus Pd und Ni zu erreichen, wird der Kommutator in einen eisenlosen
J Mikromotor mit Hohlläufer eingebaut. Nach einer Einlaufphase des Motors bildet sich in der Laufzone eine Pseudolegierung aus
! Palladiumnickel. Es werden hervorragende Laufeigenschaften über2000h festgestellt. Nach 2000h zeigt das
! Kontaktschichtsystem nur einen geringen Verschleiß von ca. 2/im.
Claims (3)
- Erfindungsanspruch:1. Verschleißfestes Schichtsystem für Gleitkontakte, insbesondere für Mikromotoren mit oberflächlichen Kontaktschichten auf einer harten Diffusionssperrschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Diffusionsschicht abgeschiedenen mindestens zwei aufeinanderfolgenden Kontaktschichten mit Rauhigkeiten größer oder gleich der aufgebrachten Schichtdicken nach einer Einlaufphase in der Laufzone eine elektrisch und mechanisch verschleißfeste Pseudolegierung bilden.
- 2. Verschleißfestes Schichtsystem für Gleitkontakte, insbesondere für Mikromotoren mit oberflächlichen Kontaktschichten auf einer harten Diffusionssperrschicht, dadurch gekennzeichnet, daß übereinander eine Palladium- und eine Silber-Schicht von 0,5-5/xm Rauhigkeit und einer Schichtdicke von 0,5-5Mm auf einer NixPy-Sperrschicht angeordnet ist, die nach einer Einlaufphase in der Laufzone eine elektrisch und mechanisch verschleißfeste Pseudolegierung Silberpalladium bilden.
- 3. Verschleißfestes Schichtsystem für Gleitkontakte, insbesondere für Mikromotoren mit oberflächlichen Kontaktschichten auf einer harten Diffusionssperrschicht, dadurch gekennzeichnet, daß übereinander eine Palladium- und Nickelschicht von 0,5-5/xm Rauhigkeit und einer Schichtdicke von 0,5-5 μιτι auf eier NixPy-Sperrschicht angeordnet ist, die nach einer Einlaufphase in der Laufzone eine elektrisch und mechanisch verschleißfeste Pseudolegierung Palladiumnickel bilden.
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1985
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