DE20312825U1 - Metal-coated graphite plate or coated graphite block for carbon brushes of electrical machines has a thermally sprayed metallic layer made from copper and/or tin - Google Patents
Metal-coated graphite plate or coated graphite block for carbon brushes of electrical machines has a thermally sprayed metallic layer made from copper and/or tinInfo
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Abstract
Description
Metallisch beschichtete Graphitscheibe oder beschichteter Graphitblock BeschreibungMetallic coated graphite disc or coated graphite block Description
Die Erfindung betrifft eine metallisch beschichtete Graphitscheibe oder einen so beschichteten Graphitblock, insbesondere für eine Kohlebürste elektrischer Maschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a metallically coated graphite disk or a graphite block coated in this way, in particular for a carbon brush of electrical machines, according to the preamble of claim 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.There is often a desire to connect graphite disks or graphite blocks to a metallic base body in a way that is good for electrical or thermal conductivity. Such connections or attachments are usually made by soldering according to the current state of the art. In order to anchor the solder in the graphite material, however, the graphite surface must be extensively pretreated.
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.To improve this technology, graphite disks or blocks with a metallic layer are already known, which can be easily and reliably soldered to the metallic base body.
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.For this purpose, it is known to press a so-called green compact made of a material with a high graphite content, which contains a hardenable thermoset or a thermoplastic as a binder, with a layer with a high metal content (DE 198 56 503 C1). As a rule, the green compact, which is applied to the metallic base body with its layer with a high metal content, is sintered together with it. This causes the plastic part of the thermoset to harden in the molded body or to bond to the thermoplastic, whereby a solid, mechanically resistant molded body is firmly connected to the metallic base body without conventional soldering, as a result of fusion.
Besonders günstig ist eine Variante, bei der der Formkörper ohne metallische Körper an/in der Schicht aus hochmetallhaltigem Werkstoff geformt und gesintertA particularly advantageous variant is one in which the molded body is formed and sintered without any metallic bodies on/in the layer of high-metal content material.
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.According to this process, a thermoplastic can bond as a binding agent in the high-graphite material during sintering, or a thermosetting plastic can harden in the high-graphite material, thus forming a mechanically resistant, dimensionally stable green compact without a metallic base body. - The high-metal material essentially contains copper and/or zinc, whereby pure metals, but also alloys of these metals can be used. In addition to zinc, additions of antimony, silver and bismuth can be advantageous.
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.Although good results can be achieved in this way, the effort required in the long term is considerable in order to avoid significant metal components or quantities of metal particles mixing with the layer of graphite particles when the layer of high-metal content material is applied to the layer of graphite particles, which can have a negative effect on the properties of the sintered compact.
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.It is also known to provide a graphite disk or a graphite block with a galvanic coating of copper or tin in order to make it suitable for soldering. However, the risk that the highly metallic layer will not adhere firmly to the graphite must be excluded, which is why the galvanization process is relatively complex. In addition, measures are required to make galvanization environmentally friendly, which can in particular include the fact that baths that are to be released into the environment must first be neutralized.
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.The present invention is therefore based on the object of creating a metallically coated graphite disk or a graphite block coated in this way, in which the materials of the graphite disk or graphite block on the one hand and the high-metallic layer on the other hand are well separated - with the exception of a boundary layer between the graphite layer and the high-metallic layer, whereby the high-metallic layer adheres reliably to the graphite layer and environmental pollution during the production of such coated graphite disks or blocks is kept to a minimum.
Diese Aufgabe wird mit einer metallisch beschichteten Graphitscheibe bzw. einem metallisch beschichteten Graphitblock gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved with a metallically coated graphite disk or a metallically coated graphite block according to claim 1.
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.Copper and tin, as well as alloys of these, can be used for the high-metallic layer. The metal layer thermally sprayed onto the graphite disk or graphite block adheres firmly to it and can therefore be soldered without any problems.
Als in dieser Hinsicht als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn das Metall durch Plasmaspritzen auf die Graphitscheibe oder den Graphitblock aufgespritzt ist.In this respect, it has proven to be particularly advantageous if the metal is sprayed onto the graphite disk or graphite block by plasma spraying.
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).Plasma spraying is known to be used particularly in medical technology for the production of prosthetic materials, in particular for spraying titanium onto the prosthetic material, which generally includes ceramics (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.Atmospheric plasma spraying is suitable as a plasma spraying process for metallic coating of graphite discs or blocks, as is vacuum plasma spraying for achieving particularly dense metallic layers without gas inclusions.
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 schichtbildendIn general, plasma spraying involves igniting an arc between a pin-shaped cathode and an anode shaped like a nozzle, which heats, excites, dissociates and ionizes plasma gas introduced into the hollow anode. A powdery spray material, which in this case is metallic, can be fed into the plasma jet outside the anode or inside the anode, whereby the particles are heated in the plasma jet, melted and accelerated onto the substrate in the form of the graphite disk or graphite block, on which they form a layer.
niederschlagen. Bei der Schichtbildung entsteht eine für thermisch gespritzte Schichten charakteristische lamellare Struktur.During the layer formation, a lamellar structure is created which is characteristic of thermally sprayed layers.
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.To improve the adhesion of the metallic layer thermally sprayed onto the surface of the graphite disk or graphite block, the surface can be roughened in particular by sandblasting with corundum according to claim 7. - The latter feature can also be advantageous for other thermal spraying processes, which are alternative variants of the composite graphite disk or graphite block.
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.As an alternative variant, the metal can be applied to the graphite disks or graphite blocks by means of flame spraying, in particular wire flame spraying. For this purpose, the metal to be flame sprayed is melted in a flame or by electrical heating and atomized with compressed air or a protective gas in order to be sprayed onto the graphite disk or graphite block to form a layer.
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.As a further alternative, the metallic layer may be formed by melting the metal or metals in an electric arc and atomizing them in a gas stream which delivers the particles to the surface to be coated.
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.The advantages of the above variants, in which the metallic coating of the graphite disks or graphite blocks consists of a thermally sprayed layer, are the reliable, firm adhesion of the metallic layer to the preferably roughened surface of the graphite disk or graphite block, the good material separation between the metallic layer and the base material of the graphite disk or graphite block and the cost-effective manufacturing process, also from the point of view of environmental protection.
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