专利名称：多层式电刷的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有在独立权利要求1前序部分中所述的特征的多层式电刷。
背景技术：
开头所述类型的多层式电刷，特别是多层式碳刷通常作为直流电机的部件而为人 所知。这类直流电机是机械换向的并且例如用作内燃机的发动机起动机。在此，接通电流 借助一个或多个电刷对通过换向器即整流子被输送到转子绕组中。所述电刷对的电刷大多 由主要包含铜成分和石墨成分的烧结材料组成。电刷以及换向器在电机工作时都会受到磨 损。此外，发动机起动机典型地是为每次发动机起动的短时间工作而设计的并且适合进行 30，000-60, 000次通断循环。如果发动机起动机，特别是用于乘用车的以12V电压工作的发动机起动机，需为 更高的负载和/或者更长的运行时间而设计，则可以例如使用两层式电刷。在此，将两个不 同的碳刷压成一个组件，该组件的各个层含有不同的铜含量并且与此相应地具有不同的电 阻率。迄今，在将两个碳刷层组合的情况下，考虑到发动机起动机的标准工作模式，主要会 重视对通断循环或通断次数的保持。因此，在对铜含量进行测定时，这样的标准会产生影 响，即，考虑到有效功率和通断能力，在标准工作模式下为起动内燃机所必需的标准。在此， 主要是发动机起动机的功率和电刷上电阻的降低受到普遍重视，由此利用这类碳刷仅能实 现范围为30，000-60，000的通断次数。因而，所述通断循环属于通常使用的范畴而不属于 特别使用例如起动-停止工作模式的范畴。
发明内容
具有在独立权利要求1中所述的特征的本发明的多层式电刷相对于现有技术具 有如下优点能够达到与通常的30，000-60，000次的通断次数相比大大提高的值。每长度 单位(mm)的可用碳刷的通断次数的提高量可以大于迄今的每长度单位(mm)的磨损长度值 的50%，由此，超过60，000次通断次数还可以执行很多次的内燃机起动过程。一方面，主要 是所谓重复起动或热起动属于起动过程，另一方面，所谓冷起动也属于起动过程。在这里， 以与第二层的铜含量相比的< 3/2的比例来选择第一层的铜含量。在这里可观察到相对于通常的多层式电刷，通断循环得到了明显的提高，由此可 实现内燃机的例如要求苛刻的工作方式，例如起动-停止工作模式。除了在机械火花和电 火花形成方面提高了耐磨强度，本发明所提出的解决方案的特征还在于，在提高通断次数 的情况下仍获得内燃机的功率，而无需使用有害的并由此不被希望的物质，比如铅。通过提 高电刷耐磨强度，最终减小了发动机起动机的故障风险并由此减小了内燃机的故障风险。有利的改进方法通过从属权利要求的特征给出。根据本发明的一种优选设计方案，第二层具有< 32重量百分比(重量％ )的铜 含量，从而得到相对于第一层的最优比例并且由此确保多层式电刷超过平均水平的耐磨强度。
在本发明的一种有利设计方案中，向由石墨成分和铜成分组成的复合材料掺入润 滑剂。所述润滑剂在这里作为固体润滑剂并由此也作为电刷组成成分的粘合剂使用。在本发明的另一种有利设计方案中，所述第一层相当于第一电刷部件，而第二层 相当于第二电刷部件。据此，每个层都可单独地并且在批量生产的过程中进行制造，以紧接 着在制造后联合成联合体。根据本发明的另一种优选设计方案，所述第一层与第二层构成了压接联合体。在 此可以以常用的、低成本的并且可控制的接合方法作为基础。此外，多层式电刷在机动车辆的直流电机，特别是发动机起动机上使用是有利的， 其中，该机动车辆具有起动-停止自动装置或起动-停止功能。借助起动-停止功能，内 燃机可以在起动-停止工作模式中，也就是在节省燃油但要承受材料应力的工作方式下运 转。所述起动-停止功能用于在车辆的停车阶段中关闭内燃机，以减低燃油消耗。例如借 助于集成的起动机-发电机，特别是与控制装置相连的起动机-发电机，可以舒适地实现这 种工作模式。所述控制装置在此可以作为独立的装置对起动-停止自动装置进行控制。也 可以例如将该功能集成到机动车辆已有的控制装置中。
本发明以及依据其他权利要求的特征的有利设计方案将在下面借助于附图示出 的实施例进行详细阐述，就此而言不会限制本发明范围；相反地，这包括在权利要求的范围 中可能的所有变型、变化和等同方案。附图示出了图1是直流电机的包括多层式电刷和换向器的零件布置原理图；以及图2是每单位碳刷磨损的发动机起动的标准化次数与功率层的铜含量和换向层 的铜含量的比例之间的关系曲线图。
具体实施例方式图1中示出了多层式电刷10的原理构造。所述多层式电刷10是由主要含有石墨 成分和铜成分的复合材料组成。此外，所述多层式电刷10具有层式结构，其中第一层11具 有高的铜含量，而第二层12具有相对较低的铜含量。所述第一层11用作功率层，而第二层 12用作换向层。所述功率层应输送接通电流的主要部分并因此具有相对较小的电阻。因此， 所述第一层11位于所谓换向器片的滑入侧，因而在换向器转动时首先，也就是在第二层12 之前就与另一换向器片相接触。所述该第一层很低的电阻是通过电刷中相对较高的铜含量形成的。与低电阻的功 率层相反，换向层即第二层12具有相对较高的电阻，所述较高的电阻用于降低在各个换向 器片滑入时的电流密度峰值并且由此不会引起严重的换向损失。因此，与第一层11相比， 第二层12具有较低的铜含量。为了馈电，在多层式电刷10的一端上设置了导电绞合线13。在多层式电刷10与 所述一端对置的另一端上设有可转动支承的换向器14的一部分，该部分与多层式电刷10 处于机电有效连接。在此，所述换向器14的转动方向与顺时针方向相符。由多层式电刷10 和换向器14组成的组件是直流电机15的一部分，所述直流电机特别地用作发动机起动机。在这里重要的是，所述第一层11的铜含量与所述第二层12的铜含量相比符合^ 3/2的比例。作为附加条件，所述第二层12可以具有如下特性，即所述第二层具有< 32 重量百分比的铜含量。基于测定，已证实功率层的铜含量与换向层的铜含量之间的比例是 决定性因素。因此，为了除了最多为60，000次的正常起动的通常通断次数之外还能可靠地 实现很大次数的内燃机重复起动，特别是热起动，所述含量比例是决定性的。这里提到的铜 成分的优化的含量比例同样地也可以提高内燃机的冷起动次数。如果由于内燃机需要频繁重复起动或热起动的工作方式，优选是起动-停止工作 模式，特别是前面提到的与12V电源连接的发动机起动机所需的通断次数提高了，则由此 而提高的材料要求可以通过在改善材料混合方面针对性地改变电刷各层中的铜含量来加 以考虑。在此可实现的每毫米可用碳刷的通断次数的提高量可以大于迄今的每毫米磨损长 度的数值的50%。根据图2以曲线图16针对在相应层11 ；12中的铜含量的比较示出了每单位碳刷 磨损的标准化通断次数。在此，在纵坐标轴上给出了作为评价基础的每单位碳刷磨损的发 动机起动特别是快速起动的标准化次数。在横坐标上是功率层以及换向层的铜含量的相应 比例。在曲线图16的垂直轴上的数值在2到4的范围内，在曲线图16的水平轴上的数值 在1. 5到1. 7的范围内。由多个单个测量点得出的曲线17代表了每毫米碳刷磨损的快速 起动次数。在第一层11的铜含量相对于第二层12的铜含量的比例< 3/2的情况下，可以 检测到最高的通断次数。换句话说，所述碳刷磨损在比例小于3/2的情况下最小。为了进 一步优化，所述第二层12可具有如下特性，即其具有< 32重量百分比的铜含量。所述含量 比例或由此给出的数值是依据可比的碳刷的测量结果而确定的并且仅反映了可能的优化 方案的一部分。概括地说，本发明的解决方案包括多层式电刷10特别是两层式碳刷的铜比例，所 述电刷主要具有包括石墨成分和铜成分的复合材料以及具有层式结构，其中设置了铜含量 高的第一层11和铜含量相对较低的第二层12。所述第一层11的铜含量与所述第二层12 的铜含量相比符合< 3/2的比例。
权利要求
1.一种多层式电刷(10)，所述电刷主要具有包括石墨成分和铜成分的复合材料以及 具有层式结构，其中设置了铜含量高的第一层(11)和铜含量相对较低的第二层(12)，其特 征在于，所述第一层(11)的铜含量与所述第二层(1 的铜含量相比符合< 3/2的比例。
2.按照权利要求1所述的多层式电刷(10)，其特征在于，所述第二层(12)具有<32 重量百分比的铜含量。
3.按照前述权利要求中任一项所述的多层式电刷(10)，其特征在于，由石墨成分和铜 成分组成的复合材料掺入了润滑剂。
4.按照前述权利要求中任一项所述的多层式电刷(10)，其特征在于，所述第一层(11) 相当于第一电刷部件，所述第二层(12)相当于第二电刷部件。
5.按照前述权利要求中任一项所述的多层式电刷(10)，其特征在于，所述第一层(11) 和所述第二层(1 构成了压接联合体。
6.一种直流电机，其特征在于，具有根据前述权利要求中任一项所述的多层式电刷 (10)。
7.一种发动机起动机，其特征在于，具有根据权利要求6的直流电机(15)。
8.一种机动车辆，其特征在于，具有根据权利要求6所述的直流电机(1 以及/或者 根据权利要求7所述的发动机起动机。
9.按照权利要求8所述的机动车辆，其特征在于，具有起动-停止自动装置。
10.按照权利要求9所述的机动车辆，其特征在于，具有用于控制起动-停止自动装置 的控制装置。
全文摘要
本发明涉及一种多层式电刷(10)，所述电刷主要具有包括石墨成分和铜成分的复合材料以及具有层式结构，其中设置了铜含量高的第一层(11)和铜含量相对较低的第二层(12)。本发明规定，第一层(11)的铜含量与所述第二层(12)的铜含量相比符合≤3/2的比例。
文档编号H01R39/24GK102089939SQ200880127464
公开日2011年6月8日 申请日期2008年12月16日 优先权日2007年12月27日
发明者G·巴赫奥尔, M·拜尔, S·哈特曼 申请人:罗伯特·博世有限公司, 霍夫曼电刷碳精股份公司