DE20312825U1 - Metallisch beschichtete Graphitscheibe oder beschichteter Graphitblock - Google Patents
Metallisch beschichtete Graphitscheibe oder beschichteter GraphitblockInfo
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Description
Metallisch beschichtete Graphitscheibe oder beschichteter Graphitblock
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine metallisch beschichtete Graphitscheibe oder einen so beschichteten Graphitblock, insbesondere für eine Kohlebürste elektrischer Maschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es besteht häufig der Wunsch, Graphitscheiben bzw. Graphitblöcke gut elektrisch leitend bzw. wärmeleitend mit einem metallischen Grundkörper zu verbinden. Solche Verbindungen oder Befestigungen werden nach dem Stand der Technik in der Regel durch Löten hergestellt. Um eine Verankerung des Lots im Graphitmaterial zu erreichen, muß jedoch die Graphitoberfläche aufwendig vorbehandelt werden.
Zur Verbesserung dieser Technik sind bereits Graphitscheiben oder -blocke mit einer metallischen Schicht bekannt, die einfach und zuverlässig mit dem metallischen Grundkörper verlötet werden kann.
Zu diesem Zweck ist es bekannt, einen sogenannten grünen Preßling aus einem hochgraphithaltigen Werkstoff, der ein aushärtbares Duroplast oder ein Thermoplast als Binder enthält, mit einer hochmetallhaltigen Schicht zu verpressen (DE 198 56 503 C1). In der Regel wird der grüne Preßling, der mit seiner hochmetallhaltigen Schicht auf dem metallischen Grundkörper aufgebracht ist, mit diesem zusammen gesintert. Dadurch härtet der Kunststoffanteil des Duroplasts in dem Formkörper aus bzw. verklebt das Thermoplast, womit ein fester, mechanisch widerstandsfähiger Formkörper mit dem metallischen Grundkörper ohne herkömmliches Löten, infolge einer Fusion fest verbunden ist.
Besonders günstig ist eine Variante, bei der der Formkörper ohne metallische Körper an/in der Schicht aus hochmetallhaltigem Werkstoff geformt und gesintert
ist. Nach diesem Verfahren kann ein Thermoplast als Bindemittel in dem hochgraphithaltigen Werkstoff bei dem Sintern verkleben bzw. ein Duroplast in dem hochgraphithaltigen Werkstoff aushärten, womit ein mechanisch widerstandsfähiger formstabiler grüner Preßling ohne metallischen Grundkörper gebildet wird. - Der hochmetallhaltige Werkstoff enthält dabei im wesentlichen Kupfer und/oder Zink, wobei reine Metalle, aber auch Anlegierungen dieser Metalle eingesetzt werden können. Außer Zink können Zusätze von Antimon, Silber und Wismut vorteilhaft sein.
Wenngleich damit gute Ergebnisse erzielbar sind, ist der erforderliche Aufwand auf Dauer erheblich, um zu vermeiden, daß sich erhebliche Metallanteile bzw. Metallpartikelmengen bei dem Aufbringen der Schicht aus hochmetallhaltigem Werkstoff auf die Schicht aus Graphitpartikeln mit dieser vermengen, was die Eigenschaften des gesinterten Preßlings negativ beeinflussen kann.
Weiterhin ist es bekannt, eine Graphitscheibe oder einen Graphitblock mit einem galvanischen Überzug aus Kupfer oder Zinn zu versehen, um diesen lötfähig zu gestalten. Hierbei muß jedoch das Risiko ausgeschlossen werden, daß die hochmetallische Schicht nicht fest auf dem Graphit haftet, weshalb das Galvanisierverfahren verhältnismäßig aufwendig ist. Hinzu kommen erforderliche Maßnahmen, um das Galvanisieren umweltfreundlich zu gestalten, was insbesondere beinhalten kann, daß in die Umgebung zu entlassende Bäder zuvor zu neutralisieren sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine metallisch beschichtete Graphitscheibe oder einen so beschichteten Graphitblock zu schaffen, in welchen die Materialien der Graphitscheibe bzw. des Graphitblocks einerseits und der hochmetallischen Schicht andererseits - mit Ausnahme einer Grenzschicht zwischen der Graphitschicht und der hochmetallischen Schicht gut getrennt sind, wobei die hochmetallische Schicht zuverlässig auf der Graphitschicht haftet und eine Belastung der Umwelt bei Herstellung solcher beschichteter Graphitscheiben bzw. -blocke gering gehalten wird.
Diese Aufgabe wird mit einer metallisch beschichteten Graphitscheibe bzw. einem metallisch beschichteten Graphitblock gemäß Anspruch 1 gelöst.
Für die hochmetallische Schicht können insbesondere Kupfer und Zinn, auch Legierungen von diesen, eingesetzt werden. Die auf die Graphitscheibe oder den Graphitblock thermisch aufgespritzte Metallschicht haftet auf dieser fest und ist damit unproblematisch lötfähig.
Als in dieser Hinsicht als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn das Metall durch Plasmaspritzen auf die Graphitscheibe oder den Graphitblock aufgespritzt ist.
Das Plasmaspritzen wird bekanntermaßen insbesondere in der Medizintechnik zur Herstellung von Prothesenwerkstoffen eingesetzt, insbesondere um Titan auf den Prothesenwerkstoff aufzuspritzen, zu dem generell Keramiken gehören (http://www.medicoat.ch/ deutsch/plasmaspritzen.html).
Als Plasmaspritzverfahren zum metallischen Beschichten der Graphitscheiben oder -blocke eignet sich sowohl das atmosphärische Plasmaspritzen als auch zum Erzielen besonders dichter metallischer Schichten ohne Gaseinschlüsse das Vakuumplasmaspritzen.
Generell wird bei dem Plasmaspritzen zwischen einer stiftförmigen Kathode und einer als Düse geformten Anode ein Lichtbogen gezündet, der in die hohle Anode eingeleitetes Plasmagas erhitzt, anregt, dissoziert und ionisiert. Ein pulverförmiges, in dem vorliegenden Anwendungsfall metallisches Spritzmaterial kann dem Plasmastrahl außerhalb der Anode zugeführt werden oder auch innerhalb der Anode, wobei die Partikel in dem Plasmastrahl erhitzt, geschmolzen und auf das Substrat in Form der Graphitscheibe oder des Graphitblocks beschleunigt werden, auf der bzw. auf dem sie sich schichtbildend
niederschlagen. Bei der Schichtbildung entsteht eine für thermisch gespritzte Schichten charakteristische lamellare Struktur.
Zur verbesserten Haftung der auf die Oberfläche der Graphitscheibe bzw. des Graphitblocks thermisch aufgespritzten metallischen Schicht kann die Oberfläche gemäß Anspruch 7 insbesondere durch Sandstrahlen mit Korund aufgerauht sein. - Letzteres Merkmal kann sich auch für andere thermische Spritzverfahren, die alternative Varianten der zusammengesetzten Graphitscheibe bzw. des Graphitblocks sind, vorteilhaft sein.
Als alternative Variante kann das Metall auf die Graphitscheiben bzw. Graphitblöcke mittels Flammspritzen, insbesondere Drahtflammspritzen, aufgebracht sein. Dazu wird das flammzuspritzende Metall in einer Flamme oder durch elektrische Heizung geschmolzen und mit Druckluft oder einem Schutzgas zerstäubt, um auf die Graphitscheibe bzw. den Graphitblock schichtbildend aufgestäubt zu werden.
Als weitere Alternative kann die metallische Schicht durch Schmelzen des Metalls oder der Metalle in einem elektrischen Lichtbogen und Zerstäuben in einem Gasstrom, der die Partikel der zu beschichtenden Oberfläche zuführt, gebildet sein.
Die Vorteile der voranstehenden Varianten, bei denen die metallische Beschichtung der Graphitscheiben oder Graphitblöcke aus einer thermisch aufgespritzten Schicht besteht, sind in dem zuverlässigen festen Haften der metallischen Schicht an der vorzugsweise aufgerauhten Oberfläche der Graphitscheibe oder des Graphitblocks, der guten Materialtrennung zwischen der metallischen Schicht und dem Grundmaterial der Graphitscheibe oder des Graphitblocks und in dem fertigungsgünstigen Herstellungsverfahren auch unter dem Gesichtspunkt der Umweltschonung zu sehen.
Claims (8)
1. Metallisch beschichtete Graphitscheibe oder beschichteter Graphitblock, insbesondere für eine Kohlebürste elektrischer Maschinen, deren metallische Schicht im wesentlichen aus Kupfer und/oder Zinn besteht, gekennzeichnet durch eine thermisch aufgespritzte Schicht.
2. Metallisch beschichtete Graphitscheibe oder beschichteter Graphitblock nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine durch Phasenspritzen aufgespritzte Schicht.
3. Metallisch beschichtete Graphitscheibe oder beschichteter Graphitblock nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine durch Vakuum-Plasmaspritzen aufgebrachte Schicht.
4. Metallisch beschichtete Graphitscheibe oder beschichteter Graphitblock nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine durch Flammspritzen aufgespritzte Schicht.
5. Metallisch beschichtete Graphitscheibe oder beschichteter Graphitblock nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine durch Draht-Flammspritzen aufgespritzte Schicht.
6. Metallisch beschichtete Graphitscheibe oder beschichteter Graphitblock nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine durch Lichtbogenspritzen aufgespritzte Schicht.
7. Metallisch beschichtete Graphitscheibe oder beschichteter Graphitblock nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Schicht auf eine aufgerauhte Oberfläche der Graphitscheibe bzw. des Graphitblocks aufgespritzt ist.
8. Metallisch beschichtete Graphitscheibe oder beschichteter. Graphitblock insbesondere nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1-7, gekennzeichnet durch eine lamellare Struktur der metallischen Schicht.
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