專利名稱：多層式電刷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有在獨立權(quán)利要求1前序部分中所述的特征的多層式電刷。
背景技術(shù)：
開頭所述類型的多層式電刷，特別是多層式碳刷通常作為直流電機的部件而為人 所知。這類直流電機是機械換向的并且例如用作內(nèi)燃機的發(fā)動機起動機。在此，接通電流 借助一個或多個電刷對通過換向器即整流子被輸送到轉(zhuǎn)子繞組中。所述電刷對的電刷大多 由主要包含銅成分和石墨成分的燒結(jié)材料組成。電刷以及換向器在電機工作時都會受到磨 損。此外，發(fā)動機起動機典型地是為每次發(fā)動機起動的短時間工作而設(shè)計的并且適合進行 30，000-60, 000次通斷循環(huán)。如果發(fā)動機起動機，特別是用于乘用車的以12V電壓工作的發(fā)動機起動機，需為 更高的負(fù)載和/或者更長的運行時間而設(shè)計，則可以例如使用兩層式電刷。在此，將兩個不 同的碳刷壓成一個組件，該組件的各個層含有不同的銅含量并且與此相應(yīng)地具有不同的電 阻率。迄今，在將兩個碳刷層組合的情況下，考慮到發(fā)動機起動機的標(biāo)準(zhǔn)工作模式，主要會 重視對通斷循環(huán)或通斷次數(shù)的保持。因此，在對銅含量進行測定時，這樣的標(biāo)準(zhǔn)會產(chǎn)生影 響，即，考慮到有效功率和通斷能力，在標(biāo)準(zhǔn)工作模式下為起動內(nèi)燃機所必需的標(biāo)準(zhǔn)。在此， 主要是發(fā)動機起動機的功率和電刷上電阻的降低受到普遍重視，由此利用這類碳刷僅能實 現(xiàn)范圍為30，000-60，000的通斷次數(shù)。因而，所述通斷循環(huán)屬于通常使用的范疇而不屬于 特別使用例如起動-停止工作模式的范疇。

發(fā)明內(nèi)容
具有在獨立權(quán)利要求1中所述的特征的本發(fā)明的多層式電刷相對于現(xiàn)有技術(shù)具 有如下優(yōu)點能夠達到與通常的30，000-60，000次的通斷次數(shù)相比大大提高的值。每長度 單位(mm)的可用碳刷的通斷次數(shù)的提高量可以大于迄今的每長度單位(mm)的磨損長度值 的50%，由此，超過60，000次通斷次數(shù)還可以執(zhí)行很多次的內(nèi)燃機起動過程。一方面，主要 是所謂重復(fù)起動或熱起動屬于起動過程，另一方面，所謂冷起動也屬于起動過程。在這里， 以與第二層的銅含量相比的< 3/2的比例來選擇第一層的銅含量。在這里可觀察到相對于通常的多層式電刷，通斷循環(huán)得到了明顯的提高，由此可 實現(xiàn)內(nèi)燃機的例如要求苛刻的工作方式，例如起動-停止工作模式。除了在機械火花和電 火花形成方面提高了耐磨強度，本發(fā)明所提出的解決方案的特征還在于，在提高通斷次數(shù) 的情況下仍獲得內(nèi)燃機的功率，而無需使用有害的并由此不被希望的物質(zhì)，比如鉛。通過提 高電刷耐磨強度，最終減小了發(fā)動機起動機的故障風(fēng)險并由此減小了內(nèi)燃機的故障風(fēng)險。有利的改進方法通過從屬權(quán)利要求的特征給出。根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選設(shè)計方案，第二層具有< 32重量百分比(重量％ )的銅 含量，從而得到相對于第一層的最優(yōu)比例并且由此確保多層式電刷超過平均水平的耐磨強度。
在本發(fā)明的一種有利設(shè)計方案中，向由石墨成分和銅成分組成的復(fù)合材料摻入潤 滑劑。所述潤滑劑在這里作為固體潤滑劑并由此也作為電刷組成成分的粘合劑使用。在本發(fā)明的另一種有利設(shè)計方案中，所述第一層相當(dāng)于第一電刷部件，而第二層 相當(dāng)于第二電刷部件。據(jù)此，每個層都可單獨地并且在批量生產(chǎn)的過程中進行制造，以緊接 著在制造后聯(lián)合成聯(lián)合體。根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選設(shè)計方案，所述第一層與第二層構(gòu)成了壓接聯(lián)合體。在 此可以以常用的、低成本的并且可控制的接合方法作為基礎(chǔ)。此外，多層式電刷在機動車輛的直流電機，特別是發(fā)動機起動機上使用是有利的， 其中，該機動車輛具有起動-停止自動裝置或起動-停止功能。借助起動-停止功能，內(nèi) 燃機可以在起動-停止工作模式中，也就是在節(jié)省燃油但要承受材料應(yīng)力的工作方式下運 轉(zhuǎn)。所述起動-停止功能用于在車輛的停車階段中關(guān)閉內(nèi)燃機，以減低燃油消耗。例如借 助于集成的起動機-發(fā)電機，特別是與控制裝置相連的起動機-發(fā)電機，可以舒適地實現(xiàn)這 種工作模式。所述控制裝置在此可以作為獨立的裝置對起動-停止自動裝置進行控制。也 可以例如將該功能集成到機動車輛已有的控制裝置中。


本發(fā)明以及依據(jù)其他權(quán)利要求的特征的有利設(shè)計方案將在下面借助于附圖示出 的實施例進行詳細(xì)闡述，就此而言不會限制本發(fā)明范圍；相反地，這包括在權(quán)利要求的范圍 中可能的所有變型、變化和等同方案。附圖示出了圖1是直流電機的包括多層式電刷和換向器的零件布置原理圖；以及圖2是每單位碳刷磨損的發(fā)動機起動的標(biāo)準(zhǔn)化次數(shù)與功率層的銅含量和換向?qū)?的銅含量的比例之間的關(guān)系曲線圖。
具體實施例方式圖1中示出了多層式電刷10的原理構(gòu)造。所述多層式電刷10是由主要含有石墨 成分和銅成分的復(fù)合材料組成。此外，所述多層式電刷10具有層式結(jié)構(gòu)，其中第一層11具 有高的銅含量，而第二層12具有相對較低的銅含量。所述第一層11用作功率層，而第二層 12用作換向?qū)印Ｋ龉β蕦討?yīng)輸送接通電流的主要部分并因此具有相對較小的電阻。因此， 所述第一層11位于所謂換向器片的滑入側(cè)，因而在換向器轉(zhuǎn)動時首先，也就是在第二層12 之前就與另一換向器片相接觸。所述該第一層很低的電阻是通過電刷中相對較高的銅含量形成的。與低電阻的功 率層相反，換向?qū)蛹吹诙?2具有相對較高的電阻，所述較高的電阻用于降低在各個換向 器片滑入時的電流密度峰值并且由此不會引起嚴(yán)重的換向損失。因此，與第一層11相比， 第二層12具有較低的銅含量。為了饋電，在多層式電刷10的一端上設(shè)置了導(dǎo)電絞合線13。在多層式電刷10與 所述一端對置的另一端上設(shè)有可轉(zhuǎn)動支承的換向器14的一部分，該部分與多層式電刷10 處于機電有效連接。在此，所述換向器14的轉(zhuǎn)動方向與順時針方向相符。由多層式電刷10 和換向器14組成的組件是直流電機15的一部分，所述直流電機特別地用作發(fā)動機起動機。在這里重要的是，所述第一層11的銅含量與所述第二層12的銅含量相比符合^ 3/2的比例。作為附加條件，所述第二層12可以具有如下特性，即所述第二層具有< 32 重量百分比的銅含量。基于測定，已證實功率層的銅含量與換向?qū)拥你~含量之間的比例是 決定性因素。因此，為了除了最多為60，000次的正常起動的通常通斷次數(shù)之外還能可靠地 實現(xiàn)很大次數(shù)的內(nèi)燃機重復(fù)起動，特別是熱起動，所述含量比例是決定性的。這里提到的銅 成分的優(yōu)化的含量比例同樣地也可以提高內(nèi)燃機的冷起動次數(shù)。如果由于內(nèi)燃機需要頻繁重復(fù)起動或熱起動的工作方式，優(yōu)選是起動-停止工作 模式，特別是前面提到的與12V電源連接的發(fā)動機起動機所需的通斷次數(shù)提高了，則由此 而提高的材料要求可以通過在改善材料混合方面針對性地改變電刷各層中的銅含量來加 以考慮。在此可實現(xiàn)的每毫米可用碳刷的通斷次數(shù)的提高量可以大于迄今的每毫米磨損長 度的數(shù)值的50%。根據(jù)圖2以曲線圖16針對在相應(yīng)層11 ；12中的銅含量的比較示出了每單位碳刷 磨損的標(biāo)準(zhǔn)化通斷次數(shù)。在此，在縱坐標(biāo)軸上給出了作為評價基礎(chǔ)的每單位碳刷磨損的發(fā) 動機起動特別是快速起動的標(biāo)準(zhǔn)化次數(shù)。在橫坐標(biāo)上是功率層以及換向?qū)拥你~含量的相應(yīng) 比例。在曲線圖16的垂直軸上的數(shù)值在2到4的范圍內(nèi)，在曲線圖16的水平軸上的數(shù)值 在1. 5到1. 7的范圍內(nèi)。由多個單個測量點得出的曲線17代表了每毫米碳刷磨損的快速 起動次數(shù)。在第一層11的銅含量相對于第二層12的銅含量的比例< 3/2的情況下，可以 檢測到最高的通斷次數(shù)。換句話說，所述碳刷磨損在比例小于3/2的情況下最小。為了進 一步優(yōu)化，所述第二層12可具有如下特性，即其具有< 32重量百分比的銅含量。所述含量 比例或由此給出的數(shù)值是依據(jù)可比的碳刷的測量結(jié)果而確定的并且僅反映了可能的優(yōu)化 方案的一部分。概括地說，本發(fā)明的解決方案包括多層式電刷10特別是兩層式碳刷的銅比例，所 述電刷主要具有包括石墨成分和銅成分的復(fù)合材料以及具有層式結(jié)構(gòu)，其中設(shè)置了銅含量 高的第一層11和銅含量相對較低的第二層12。所述第一層11的銅含量與所述第二層12 的銅含量相比符合< 3/2的比例。
權(quán)利要求
1.一種多層式電刷(10)，所述電刷主要具有包括石墨成分和銅成分的復(fù)合材料以及 具有層式結(jié)構(gòu)，其中設(shè)置了銅含量高的第一層(11)和銅含量相對較低的第二層(12)，其特 征在于，所述第一層(11)的銅含量與所述第二層(1 的銅含量相比符合< 3/2的比例。
2.按照權(quán)利要求1所述的多層式電刷(10)，其特征在于，所述第二層(12)具有<32 重量百分比的銅含量。
3.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的多層式電刷(10)，其特征在于，由石墨成分和銅 成分組成的復(fù)合材料摻入了潤滑劑。
4.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的多層式電刷(10)，其特征在于，所述第一層(11) 相當(dāng)于第一電刷部件，所述第二層(12)相當(dāng)于第二電刷部件。
5.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的多層式電刷(10)，其特征在于，所述第一層(11) 和所述第二層(1 構(gòu)成了壓接聯(lián)合體。
6.一種直流電機，其特征在于，具有根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的多層式電刷 (10)。
7.一種發(fā)動機起動機，其特征在于，具有根據(jù)權(quán)利要求6的直流電機(15)。
8.一種機動車輛，其特征在于，具有根據(jù)權(quán)利要求6所述的直流電機(1 以及/或者 根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)動機起動機。
9.按照權(quán)利要求8所述的機動車輛，其特征在于，具有起動-停止自動裝置。
10.按照權(quán)利要求9所述的機動車輛，其特征在于，具有用于控制起動-停止自動裝置 的控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多層式電刷(10)，所述電刷主要具有包括石墨成分和銅成分的復(fù)合材料以及具有層式結(jié)構(gòu)，其中設(shè)置了銅含量高的第一層(11)和銅含量相對較低的第二層(12)。本發(fā)明規(guī)定，第一層(11)的銅含量與所述第二層(12)的銅含量相比符合≤3/2的比例。
文檔編號H01R39/24GK102089939SQ200880127464
公開日2011年6月8日 申請日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者G·巴赫奧爾, M·拜爾, S·哈特曼 申請人:羅伯特·博世有限公司, 霍夫曼電刷碳精股份公司