Ausschlaggebend für die Lebensdauer eines Gleichstrommotors ist der Verschleiß des tribologischen Systems Kohlebürste-Kommutator. Für eine längere Lebensdauer sollen in dieser Arbeit gezielte Modifikationen im Tribosystem durchgeführt werden, um dessen Verschleißbeständigkeit zu erhöhen. Ausführliche Literaturrecherchen haben verdeutlicht, dass bisher keine Erkenntnisse über die Wirkung der Materialorientierung, den morphologischen Eigenschaften der Kohlebürsten und einer möglichen Beeinflussung durch einen Schmierfilm vorliegen. Da in diesen Bereichen noch Verbesserungspotential im Tribosystem Kohlebürste-Kommutator vermutet wird, bilden die drei Themen den Inhalt dieser Arbeit. Im ersten Teil dieser Dissertation wurde der Einfluss der Materialausrichtung der Kohlebürste auf den Kommutator-Bürste-Kontakt untersucht. Dazu wurden Kohlebürsten mit axialer, radialer und tangentialer Pressrichtung in einem Prüfstand untersucht. Reibungs- und Verschleißwerte differierten zwischen den einzelnen Varianten bei stromlosen Versuchen, wobei die axiale und die radiale Varianten niedrige Verschleißwerte zeigten. Durch die Analyse des Systems konnten unterschiedliche Reibmechanismen festgestellt werden. Bei bestromten Versuchen erhöhten sich die Verschleißwerte markant und zeigten keinen deutlichen Unterschied zwischen den Bürsten mit unterschiedlicher Pressrichtung. Andererseits wiesen die Kommutatorlamellen ungleichmäßigen Verschleiß zwischen der auflaufenden und der ablaufenden Lamellenkante auf. Zur Optimierung dieses Effekts wurde ein Verfahren zur Festigkeitssteigerung des Kupfers angewendet, mit dem das Verschleißverhalten abgesenkt und homogenisiert werden konnte. Im zweiten Teil der Arbeit wird der Einfluss eines Schmierfilms auf den Reibkontakt charakterisiert. Bei bestromten Prüfstandsversuchen kamen schlecht leitende, sowie ein gut leitender Schmierstoff zum Einsatz. Durch die Zugabe einer ionischen Flüssigkeit bei der gut leitenden Variante konnte der hohe Verschleiß von geschmierten Systemen reduziert werden. Im dritten Teil wurde der Einfluss der Sintertemperatur bei der Bürstenherstellung auf das tribologische Verhalten untersucht. Bei der Analyse der Bürsten konnten hochohmige und niederohmige Varianten detektiert werden. Durch chemische Analysen von Bruchflächen konnte eine Anreicherung von Fremdelementen an den Korngrenzen festgestellt werden. Mithilfe eines Stichversuchs konnte jedoch belegt werden, dass die Prozessführung bezüglich der Temperatursteuerung einen übergeordneten Einfluss auf die Entstehung von niederohmigen Bürsten hat, indem sich bei einigen Parametern die Kupferpartikel besser verbinden und somit die Leitfähigkeit gesteigert wird.
Tribologisch und elektrisch induzierte Effekte im Kommutator-Bürste-Kontakt im permanent erregten Gleichstrommotor
Reibmechanismen im Kohlebürste-Kommutator-Kontakt
2018
xix, 159 Seiten
Illustrationen, Diagramme
Theses
German
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