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DE20321177U1 - Process for the coating graphite disks or blocks with copper or tin e.g. graphite brushes of electric machines comprises thermally spraying the copper or tin onto the surface of the graphite disks or blocks - Google Patents

Process for the coating graphite disks or blocks with copper or tin e.g. graphite brushes of electric machines comprises thermally spraying the copper or tin onto the surface of the graphite disks or blocks Download PDF

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Abstract

Process for the coating graphite disks or blocks with copper or tin comprises thermally spraying the copper or tin onto the surface of the graphite disks or blocks. An independent claim is also included for a metallic coated graphite disk or block produced by the above process.

Description

Die Erfindung betrifft eine metallisch beschichtete Graphitscheibe bzw. einen solchen Graphitblock, insbesondere für eine Kohlebürste elektrischer Maschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a metallically coated graphite disk or such a graphite block, in particular for a carbon brush 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.It is often the desire, graphite disks or graphite blocks well electrically conductive or heat-conducting with a metallic body too connect. Such connections or attachments are made after the Prior art usually produced by soldering. An anchorage of the solder in the graphite material, however, the graphite surface must be expensive pretreated.

Zur Verbesserung dieser Technik ist es bereits bekannt, die Graphitscheibe oder den Graphitblock mit einer metallischen Schicht auszustatten, die einfach und zuverlässig mit dem metallischen Grundkörper verlötet werden kann.to To improve this technique, it is already known the graphite disc or to provide the graphite block with a metallic layer, the easy and reliable with the metallic base body soldered can be.

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 Kunststoffan teil 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 of a highly graphitic material containing a thermosetting thermosetting plastic or a binder as a binder, with a high-metal-containing layer ( DE 198 56 503 C1 ). In general, the green compact, which is applied with its high-metal-containing layer on the metallic body, sintered together with this. As a result, the Kunststoffan part of the thermoset in the molded body hardens or bonds the thermoplastic, whereby a solid mechanically resistant moldings with the metallic base body without conventional soldering, as a result of a merger, is firmly connected.

Zur Fertigungsvereinfachung ist eine Variante des voranstehenden Verfahrens besonders günstig, 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.to Manufacturing simplification is a variant of the above method very cheap, in the case of the molding without metallic body on / in the layer of high metal content material formed and sintered is. Following this procedure, a thermoplastic can be used as a binder in the highly graphitic material in the sintering gluing or curing a thermoset in the hochgraphithaltigen material, which a mechanically resistant dimensionally stable green Pressling is formed without a metallic body. - The high metal content Contains material essentially copper and / or zinc, where pure metals, but also alloys of these metals can be used. Except Zinc can additions of antimony, silver and bismuth be beneficial.

Wenngleich nach diesem Verfahren 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 by this method is the required Expenditure in the long term significantly, to avoid being significant Metal shares or amounts of metal particles in the application of the layer made of high-metal-containing material on the layer of graphite particles mix with this what the properties of the sintered compact can negatively influence.

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 Verfahren umweltfreundlich zu gestalten, was insbe sondere beinhalten kann, dass in die Umgebung zu entlassende Bäder zuvor zu neutralisieren sind.Farther it is known to use a graphite disk or a graphite block a galvanic coating made of copper or tin to make this solderable. This must However, the risk that the high-metallic Layer does not adhere firmly to the graphite, which is why the galvanizing process relatively expensive is. Added to this are necessary measures to make the process environmentally friendly to design, which may in particular include that in the environment to be released baths previously neutralize.

Bekannt ist auch ein Verbinden von Graphitplatten untereinander oder mit metallischen Untergründen, wobei die Metallschicht u.a. mittels Spritzen aufgebracht werden kann ( EP 0 1 15 577 A1 ).It is also known to connect graphite plates to one another or to metallic substrates, wherein the metal layer can be applied, inter alia, by means of spraying ( EP 0 1 15 577 A1 ).

Zum Stand der Technik gehört weiterhin ein Verfahren zum Beschichten von Kohlenstoffsubstraten, bei dem Metalle und Legierungen mittels Plasmaspritzen aufgetragen werden ( EP 0 850 899 B1 ). Als Vorbehandlung wird die Substratoberfläche mechanisch, chemisch oder mittels Laser strukturiert.The state of the art also includes a process for coating carbon substrates, in which metals and alloys are applied by means of plasma spraying ( EP 0 850 899 B1 ). As pretreatment, the substrate surface is structured mechanically, chemically or by laser.

Zum Stand der Technik gehört auch ein Kohlekörper mit einer gespritzten Metallschicht ( DE 692 16 185 T2 ). Mittels atmosphärischem Plasmaspritzen werden nach einer Vorbehandlung durch Strahlen mit Al2O3 Metalle aufgetragen. Insbesondere bei Kohlebürsten elektrischer Maschinen besteht jedoch der Wunsch, deren Graphitteil mit einer besonders dichten und damit festen, gut elektrisch leitenden bzw. wärmeleitenden metallischen Schicht zu versehen, um es mit dem metallischen Grundkörper zu verbinden.The prior art also includes a carbon body with a sprayed metal layer ( DE 692 16 185 T2 ). By means of atmospheric plasma spraying, metals are applied after pretreatment by blasting with Al 2 O 3 . In particular, in carbon brushes of electrical machines, however, there is a desire to provide the graphite part with a particularly dense and thus solid, well electrically conductive or thermally conductive metallic layer to connect it to the metallic body.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum metallischen Beschichten von Graphitscheiben oder -blöcken zu schaffen, welches bei Vermeidung der Nachteile bekannter Verfahren eine gute Materialtrennung der Graphitscheibe bzw. des Graphitblocks und der hochmetallischen Schicht – mit Ausnahme einer Grenzschicht zwischen der Graphitschicht und der hochmetallischen Schicht – gewährleistet, wobei die hochmetallische Schicht zuverlässig auf der Graphitschicht haften soll und eine Belastung der Umwelt bei Durchführung dieses Herstellungsverfahrens gering gehalten werden soll.Of the The present invention is accordingly based on the object a method for the metallic coating of graphite disks or blocks which, while avoiding the disadvantages of known methods a good material separation of the graphite disc or the graphite block and the high-metal layer - with Exception of a boundary layer between the graphite layer and the high-alloyed layer - ensures the high-metal layer reliably on the graphite layer should adhere to and burden the environment while performing this Manufacturing process to be kept low.

Diese Aufgabe wird für eine metallisch beschichtete Graphitscheibe bzw. einen beschichteten Graphitblock, insbesondere für eine Kohlebürste elektrischer Maschinen, gemäss Anspruch 1 gelöst.These Task is for a metallically coated graphite disk or a coated graphite block, especially for a carbon brush electric Machines, according to Claim 1 solved.

Nach dem metallischen Beschichten der Graphitscheiben bzw. -blöcke durch Vakuumplasmaspritzen weisen diese besonders dichte metallische Schichten ohne Gaseinschlüsse auf.To the metallic coating of the graphite discs or blocks Vacuum plasma spraying has these particularly dense metallic layers without gas inclusions on.

Die beschichteten Graphitscheiben bzw. -blöcke können für die hochmetallische Schicht insbesondere Kupfer und Zinn, auch Legierungen von diesen, aufweisen. Die auf die Graphitscheibe oder den Graphitblock in dieser Weise thermisch aufgespritzte Metallschicht haftet auf dieser besonders fest und ist damit unproblematisch lötfähig.The Coated graphite disks or blocks may be used for the high-metal layer in particular copper and tin, including alloys of these, have. The on the graphite disk or the graphite block in this way thermally sprayed metal layer adheres to this particular fixed and is therefore problematic solderable.

Das Plasmaspritzen wird in der Weise durchgeführt, dass zwischen einer stiftförmigen Kathode und einer als Düse geformten Anode ein Lichtbogen gezündet wird, 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.The Plasma spraying is carried out in such a way that between a pin-shaped cathode and one as a nozzle shaped anode is an arc ignited in the hollow Anode initiated plasma gas heated, excited, dissociated and ionized. One powdery, in the present application, metallic spray material can be supplied to the plasma jet outside the anode or within the anode, with the particles heated in the plasma jet, melted and on the substrate in the form of the graphite disc or the graphite block be accelerated, on or on which it is layering knock down. The layer formation creates one for thermal sprayed layers characteristic lamellar structure.

Zur verbesserten Haftung der auf die Oberfläche der Graphitscheibe bzw. des Graphitblocks durch Vakuumplasmaspritzen aufgebrachten metallischen Schicht kann diese Oberfläche gemäss Anspruch 2 zuvor durch Sandstrahlen mit Korund aufgerauht sein.to improved adhesion of the on the surface of the graphite disc or of the graphite block applied by vacuum plasma spraying metallic Layer can this surface according to Claim 2 be previously roughened by sandblasting with corundum.

Die Vorteile der solcherart beschichteten Graphitscheiben bzw. Graphitblöcke dieser Beschichtung bestehen zusammenfassend in dem zuverlässigen festen Haften jeweils der metallischen Schicht an der vorzugsweise aufgerauhten Oberfläche der Graphitscheibe bzw. 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.The Advantages of graphite sheets or graphite blocks coated in this way Coating consist overall in the reliable solid Adhere each of the metallic layer to the preferably roughened surface the graphite disc or the graphite block, the good material separation between the metallic layer and the base material of the graphite disk or of the graphite block and in the production manufacturing process also from the point of view of environmental protection.

Claims (3)

Metallisch beschichtete Graphitscheibe bzw. beschichteter Graphitblock, insbesondere für eine Kohlebürste elektrischer Maschinen, deren metallische Schicht im wesentlichen aus Kupfer und/oder Zinn besteht, gekennzeichnet durch eine durch Vakuum-Plasmaspritzen aufgebrachte Schicht.Metallic coated graphite disc or coated Graphite block, especially for a carbon brush electrical machines, whose metallic layer substantially consists of copper and / or tin, characterized by a Vacuum plasma spraying applied layer. Metallisch beschichtete Graphitscheibe bzw. beschichteter Graphitblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schicht auf eine aufgerauhte Oberfläche der Graphitscheibe bzw. des Graphitblocks aufgespritzt ist.Metallic coated graphite disc or coated Graphite block according to claim 1, characterized in that the metallic Layer on a roughened surface of the graphite disk or of the graphite block is sprayed on. Metallisch beschichtete Graphitscheibe bzw. beschichteter Graphitblock nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch, eine lamellare Struktur der metallischen Schicht.Metallic coated graphite disc or coated Graphite block according to claim 1 or 2, characterized by, a lamellar structure of metallic layer.
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