多层碳刷和用于制造这样的多层碳刷的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多层碳刷，其具有至少两个功能层和至少一个存在于所述至少两个功能层之间的绝缘层，所述功能层由导电材料制成，所述绝缘层由电绝缘材料制成。本发明还涉及一种用于制造多层碳刷的方法，所述多层碳刷具有至少两个功能层和至少一个绝缘层，所述功能层由导电材料、如碳材料制成，所述绝缘层由电绝缘材料制成，所述绝缘层在接连的功能层之间延伸，其中，所述导电材料或包含作为填充物的该导电材料的材料和电绝缘材料以与待制造的多层碳刷的层分布相应的顺序被置入到一模具中，然后被挤压并接下来被热处理。
【背景技术】
[0002]从DE 199 13 599 Al得到这样的多层碳刷，其具有多个彼此电绝缘式粘接的功能层，所述功能层尤其是由碳材料制成。电绝缘的粘接部是绝缘层。
[0003]也已知了表示为多层碳刷的碳刷，其中，多个层分别是电绝缘的，但是可能地具有不同的机械特性。从DE 91 06 977 Ul得到一种相应的碳刷。也称为区的不同的层具有不同的材料组分，可以通过如下方式构造，即，在挤压这些碳刷之前依次将具有不同材料组分的两个初始层置入一挤压模中并彼此挤压到一起。在此，一个区可以具有比另外的区更高的铜份额。
[0004]按照DE 44 30 745 Al的表示为四层滑动接点的碳刷具有分别由导电粉末制成的多个层。为了制造该四层滑动接点，同时将两种导电粉末填入到一模具中，以便在一个压缩步骤之后执行热处理。除了通过同时置入粉末到一个模具中来构造这些层之外可以附加地通过如下方式构成这些层，即，导电粉末依次被输送给所述模具。
[0005]由DE 636 540 C公开了一种用于制造多层的碳刷的方法。完成的碳层被光滑地打磨并在两个完成的碳层之间布置具有绝缘物的粘稠人造树脂，以便然后将碳层在一适当的挤压工具中夹紧，以便能够实现炉子中的干燥。
[0006]从DE 33 07 090 Al得出一种用于由碳材料制造层压材料的方法。为了获得预期的最终本体，通过挤压和热处理在能彼此重叠布置的碳材料层、如碳材料毡层之间布置由一种热塑性塑料制成的膜，以便然后经受预期的压力和温度。
[0007]DE 199 02 938 Al涉及一种由不同材料组分的多个区段制成的碳刷。在此，该碳刷在一个挤压过程中被制造。
[0008]由EP I 128 496 Al已知了一种启动器碳刷，该启动器碳刷由一个低电阻材料的第一层和一个高电阻材料的边缘层制成，该边缘层从碳刷的运转面出发与相对置的背侧面间隔开地终止。第一和第二层共同地在一个模具中通过填入粉末到该模具中、挤压和接下来烧结来制造。
[0009]由碳棒(Kohleriegeln)和在这些碳棒之间延伸的绝缘层制成的多层碳刷经常被用于较小的可逆转马达、例如洗衣机马达。在此，绝缘层可以由一膜或由绝缘粘接物或者说合成树脂，一种或多种粉末树脂制成。通过较高的并接电阻(Querwiderstand)，在整流器的两个被碳刷遮盖的片层之间流动的电流被减少并由此改善了整流。
[0010]之前描述的形式的已知多层碳刷通常以如下方式来制造，S卩，首先使经过温度处理的碳材料板相对彼此取向，以便然后在这些碳材料板之间置入膜。接下来进行机械加工、规格加工和置入绳缆或绞合线。
[0011]由DE 10 2005 0257 063 Al已知了一种碳刷，该碳刷由一低电阻层和一高电阻层制成。后者包含碳材料、接合剂和氮化硼。
[0012]DE 195 49 195 Al的主题是用于电动马达的碳刷，其中可以混合二硫化钼或氮化硼作为润滑剂。
[0013]从EP I 481 449 BI得出一种多层碳刷以及一种用于开头提到形式的多层碳刷制造的方法。为了制造所述碳刷，将粉末材料以分层方式置入一模具中、挤压并接下来热处理。作为粉末材料，针对导电功能层考虑使用由天然石墨、合成石墨、树脂制成的混合物。作为绝缘材料提出树脂粉末。
[0014]在填充所述模具时但是已证实的是，被用于制造电绝缘层的粉末材料不能在足够范围上流动，以便构成层，这些层在挤压之后具有在碳刷的整个高度或长度上的预期的均匀厚度。
【发明内容】
[0015]本发明的任务是这样地改进开头提到的形式的多层碳刷，使得由电绝缘材料制成的绝缘层具有在碳刷的整个高度或长度上的预期的均匀厚度。也应当提供了一种方法，被用于制造绝缘层的材料可以利用该方法在足够的范围上流动，从而使得为了构成所述电绝缘层可以将良好填充的材料置入到用于制造碳刷的模具中，从而使得完成的碳刷的绝缘层具有预期的均匀厚度。
[0016]为了解决该任务提出了一种开头提到形式的多层碳刷，其主要特征在于，所述电绝缘材料由一由接合剂和氮化硼制成的混合物制成或包含接合剂和氮化硼。尤其设置所述接合剂是树脂、尤其是酚醛树脂。但是作为接合剂也可以考虑柏油(Pech)或一由树脂和柏油制成的混合物。
[0017]尤其设置，电绝缘材料除了存在于接合剂中的碳材料之外不包含碳材料。
[0018]氮化硼尤其是以类似于石墨的六方变型方案的氮化硼，该氮化硼具有良好的润滑剂特性。
[0019]如果作为特别优选能够规定的是六方氮化硼(hexagonales Bornitrid),那么可以可能地也使用立方氮化硼(kubisches BornitricD0
[0020]与此无关地，当氮化硼通过另外的材料至少部分地被替代时，也不离开本发明的范畴，这些另外的材料具有减少摩擦系数的和弹性(61381^；1^216^11(1)的特性或具有绝缘润滑剂的作用。例如可以是二硫化钼、膨润土( Bentoni t )、硫化妈(Wo IframsuI f i d )、尸炭黑(Carcassenrufl)或滑石(Talcum)。
[0021]令人惊喜地发现，包含接合剂尤其是酚醛树脂和氮化硼的细粒度混合物或由这些材料制成的细粒度混合物可以足够程度地流动或者包含这些材料或由这些材料制成的颗粒可以足够程度地流动，从而使得在其中制造所述碳刷的模具可以在预期的范围上和高度上被均匀填充。
[0022]在本发明的主要设计方案中设置，所述绝缘层由一种由被均匀化的混合物制成的压制颗粒构成，该被均匀化的混合物由接合剂、尤其是酚醛树脂和氮化硼、尤其是六方氮化硼制成或包含它们。
[0023]本发明的特色也在于一种多层碳刷，其具有至少两个功能层和至少一个存在于所述至少两个功能层之间的绝缘层，功能层由导电材料制成，绝缘层由电绝缘材料制成，其中，所述绝缘层由一种由被均匀化的混合物制成的压制颗粒制成，该压制颗粒由接合剂和氮化硼制成或包含接合剂和氮化硼。
[0024]尤其地设置，所述颗粒由平均直径在I μ m和300 μ m之间的粒子制成。
[0025]所述接合剂应当是比氮化硼更细粒度的，其中，应当适用于接合剂的是45 μ m d90^； 50 μ m、15 μ m < d 50^? 20μηι 和 Iym^id 10^Ξ 5 μ m。
[0026]在氮化硼方面令人惊喜地发现，这些粒子大小分布上的两个优选范围引起了预期的结果，即，待填入到模具中的混合物能够足够程度地流动，确切地说当一方面为 3 μ m < d10^ 5μηι 和 30μηι< d 50^ 40μηι 和另一方面为 30μηι< d 10^ 70 μ m 和170 μ m < d50< 220 μ m。
[0027]此外，所述颗粒的特征可以是d9Q=250 μπι和/或50μηι< d50^ 350 μπι，尤其是d5Q=100 μ m，尤其是当由六方氮化硼和酚醛树脂制成的被均匀化的混合物被挤压且然后粗分解和粉碎时是这种情况。
[0028]本发明的特色因此是一种多层碳刷，其具有至少两个功能层和至少一个存在于所述至少两个功能层之间的绝缘层，所述功能层由导电材料制成，绝缘层由电绝缘材料制成，其中，绝缘层由一种由被均匀化的混合物制成的压制颗粒制成，该颗粒由接合剂和氮化硼制成或包含接合剂和氮化硼，其中，所述颗粒由平均直径在I μπι和350 μπι之间的粒子制成，其中尤其是，所述氮化硼以颗粒形式存在并且具有一方面3 μ m < d10^ 5 μ m和30 μ m ^ d50^ 40 μ m 或另一方面 30 μ m ^ d 10^ 70 μ m 和 170 μ m ^ d 50< 220 μ m 的粒子大小值以及对于接合剂而言的粒子大小值为1μπ?<(11(]<5μπ^Ρ 15