Untersuchung der Schichtbildung auf Cu-basierten Schleifringen im tribologischen Kontakt mit Kohlebürsten

Abstract

Elektrische Maschinen sind aus dem heutigen Alltag nicht mehr wegzudenken, um den Alltag zu erleichtern. Häufig werden Systeme verwendet, in denen die Stromübertragung vom stehenden auf den rotierenden Teil des Motors mittels Kohlebürsten erfolgt. In solchen Systemen bildet sich in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen im Kontaktbereich zwischen den Kohlen und dem Schleifring eine Schicht mit elektrischen und tribologischen Eigenschaften aus. Aufgrund der immer höheren Anforderungen in Bezug auf Betriebsbedingungen, Lebensdauer und Zuverlässigkeit ist die Kenntnis der Auswirkung einzelner Betriebsbedingungen auf die Schichtbildung für die Weiterentwicklung solcher Systeme von essenzieller Bedeutung. Das Ziel dieser Arbeit war, die Schichtbildung im tribologischen Kontakt von Schleifringen mit Kohlebürsten zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten eine eindeutig geringere Langzeitstabilität vom Schleifringwerkstoff Kupfer im Vergleich zu Bronze in Kombination mit Kohlebürsten. Weiter konnte ein möglicher Mechanismus für das Versagen der Gleitschicht auf Kupfer aufgezeigt werden.Aufgrund der Ergebnisse muss Kupfer trotz der guten elektrischen Eigenschaften für den Einsatz als Schleifringwerkstoff als nur gering eingestuft werden.

Today, electric machines play an indispensable role in making everyday life easier. Frequently, systems are used in which the current is transferred from the stationary to the rotating part of the motor by means of carbon brushes. Depending on the operating conditions, a layer with electrical and tribological properties forms in the contact area between the carbon brushes and the slip ring. Due to the ever-increasing demands in terms of service life and reliability, a sound knowledge of the effect of individual operating conditions on the formation of the layer is essential for the further development of such systems. The aim of this thesis is to investigate the layer formation in the tribological contact of slip rings with carbon brushes. The results clearly show a lower long-term stability of copper as the slip ring material compared to bronze in combination with carbon brushes. Furthermore, a possible mechanism for the failure of the sliding layer on copper could be shown. Based on the results, copper must be classified as performing poorly despite its good electrical properties for use as slip ring material.